Разработана программируемая метаповерхностная антенна, обеспечивающая высокую скорость передачи данных и эффективность отображения информации
Ключевым преимуществом этих искусственных материалов является то, что они могут более эффективно передавать беспроводные данные, не полагаясь на традиционные процессы цифро-аналогового преобразования. Несмотря на свой потенциал, многие антенны на основе метаповерхностей до сих пор давали неутешительные результаты, такие как низкая скорость передачи данных и низкая эффективность отображения информации.
Исследователи из Юго-Восточного университета, Технологического университета Наньян и других институтов недавно разработали новую программируемую метаповерхность, которая может преодолеть эти ограничения и обеспечить высокую эффективность отображения информации. Эта антенна, представленная в статье, опубликованной в Nature Electronics, может способствовать дальнейшему развитию технологий беспроводной связи.
В рамках своего нового исследования Цуй и его коллеги решили оценить оптимальную схему отображения информации, которую они ранее определили, с помощью недавно созданной программируемой метаповерхностной антенны. Созданная ими антенна основана на печатной плате (PCB), состоящей из трёх металлических слоёв и двух подложных слоёв. «Верхний металлический слой содержит решётчатую антенную решётку, средний слой служит заземлением, а нижний слой включает в себя модуль фазового сдвига, который управляет фазовым состоянием каждого столбца», — объяснил Цуй. «Пять центральных столбцов излучателей возбуждаются падающей волной, в то время как четыре внешних столбца излучателей являются фиктивными элементами, введёнными для лучшего соответствия тем же граничным условиям для пяти центральных столбцов излучателей». Фазовый отклик каждого столбца излучателей в антенне команды настраивается с помощью переключаемой структуры линии задержки. Эта структура содержит четыре диода, которые могут управлять эффективной длиной линии задержки, переключаясь между фазовой модуляцией 0 или π.
Изображение программируемой метаповерхностной антенны и экспериментально полученные диаграммы направленности в направлении первой пространственной гармоники при разной входной мощности. Источник: Nature Electronics (2025).
«Для каждого p-битного шаблона кодирования, модулированного в программируемой метаповерхности, метаповерхностная антенна будет генерировать соответствующую диаграмму направленности, — сказал Цуй. — Из 2p возможных шаблонов 2p-1 демонстрируют симметричные и отличительные характеристики дальнего поля в направлении первой гармоники. Следовательно, можно получить почти всю информацию о шаблоне кодирования, выполнив одно измерение комплексной амплитуды в дальнем поле в этом конкретном направлении.»
Конструкция метаповерхностной антенны, представленная исследователями, имеет ряд преимуществ по сравнению с предыдущими решениями на основе метаповерхности для беспроводной связи. В частности, она позволяет осуществлять модуляцию информации непосредственно антенной без использования дополнительных модулей (например, каналов I/Q или смесителей).
Ещё одним преимуществом схемы, разработанной командой, является то, что она позволяет извлекать почти все шаблоны кодирования с помощью одного измерения. Это, в свою очередь, значительно повышает эффективность отображения информации антенной, приближая её к единице (то есть к максимально возможной эффективности). Предлагаемая схема обладает несколькими преимуществами. Во-первых, модуляция информации достигается непосредственно с помощью программируемой метаповерхностной антенны без использования дополнительных модулей, таких как I/Q-каналы или смесители. Во-вторых, почти все шаблоны кодирования можно получить с помощью одного измерения, что обеспечивает эффективность отображения информации, близкую к единице.
«Мы обнаружили оптимальную схему отображения информации на основе программируемой метаповерхности, которая позволяет извлекать почти все шаблоны кодирования метаповерхности с помощью одного измерения в дальней зоне, достигая предела отображения информации», — сказал Цуй. «Многообещающим практическим применением этого исследования является реализация высокоскоростной и высокопроизводительной беспроводной связи на основе программируемых метаповерхностей с использованием нашей схемы отображения информации».
Программируемая метаповерхность, разработанная этой исследовательской группой, и схема, лежащая в основе её работы, могут открыть новые возможности для разработки более совершенных коммуникационных технологий. В своих следующих исследованиях Цуй и его коллеги надеются использовать предложенный ими подход для разработки других перспективных передатчиков для беспроводной связи.
Сообщение Разработана программируемая метаповерхностная антенна, обеспечивающая высокую скорость передачи данных и эффективность отображения информации появились сначала на Время электроники.