Metapinta-antenni 6G:lle ja meta-atomeja

Professori Chan Chi-houn johtama tutkijaryhmä Hongkongin City yliopistosta (CityU) on saavuttanut ennennäkemättömän edistyksen antennitekniikassa mahdollistamalla sähkömagneettisten aaltojen kaikkien viiden perusominaisuuden manipuloinnin ohjelmisto-ohjauksella.

Täten ryhmä on kehittänyt maailman ensimmäisen universaalin metapinta-antennin, joka mahdollistaa sähkömagneettisen säteilyn amplitudin, vaiheen, taajuuden, polarisaatioiden ja suunnan toisistaan riippumattomien ja samanaikaisen manipuloinnin.

"Tällainen yleinen komponentti, joka pystyy manipuloimaan kaikkia perusaallon ominaisuuksia, on Pyhä Graalin malja fyysikoille ja insinööreille", sanoo professori Chan.

Yleiskäyttöisellä metapinta-antennilla on valtava potentiaali muun muassa erilaisiin sovelluksiin 6G-järjestelmissä. Sitä voidaan käyttää seuraavan sukupolven, suuren kapasiteetin, korkean turvallisuuden tietojärjestelmiin, reaaliaikaiseen kuvantamiseen ja langattomaan tehonsiirtoon. Antennille luontaiset suuntamodulaation ominaisuudet lisäävät myös yksityisyyttä ja turvallisuutta, mikä tekee siitä ihanteellisen ehdokkaan salakuunteluturvalliseen viestintään.

Työ, jonka otsikko on "A universal metasurface antenna to manipulate all fundamental characteristics of electromagnetic waves", julkaistiin avoimesti verkossa Nature Communicationsissa.

Professori Wu Gengbo selittää, että universaali metapinta-antenni voi manipuloida informaatiota generoimalla moduloidun aaltomuodon suoraan vapaassa tilassa.

"Toivomme, että universaali metapinta-antenni voi toimia yksinkertaistettuna lähettimenä edullisella hinnalla, korkealla integraatiolla ja alhaisella virrankulutuksella", sanoi professori Wu.

Vaikka ehdotettu konsepti on osoitettu mikroaaltokaistalla, se voidaan laajentaa terahertsitaajuuksille, jotka perustuvat CMOS-siruihin, yksikerroksisiin molybdeenidisulfidisiin kytkimiin ja korkean elektronin liikkuvuuden InAIN/GaN-pohjaisiin metalaitteisiin. Optisella kaistalla nanomittakaavakytkin voidaan toteuttaa faasimuuttuneilla materiaaleilla, kuten germanium-antimonitelluridilla.

Kiinalaisen Zhejiang Universityn ja kumppaneiden tutkijat ovat puolestaan osoittaneet kolmiulotteisen kiintoaineisen meta-atomin, jolla on lähes ihanteellinen läpinäkyvyys mielivaltaisessa ulkoisessa valaistuksessa tyhjiössä.

Tutkijoiden mukaan tällainen meta-atomi toimii rakenneosana läpinäkyvien esineiden rakentamisessa. Tällaisten metamateriaalien suunnitteluperiaate voi olla erityisen inspiroiva terahertsien ja optisilla alueilla.

Vaikka metallirakenteen suora skaalaus saattaa epäonnistua metalleissa niin täysdielektrisillä resonaattoreilla, joilla on vastaavat EM-moodit ja rakenteiden rooli, voisi helpottaa onnistunutta ilmamaista meta-atomien suunnittelua näille korkeiden taajuuksien alueille.

Ehdotettua meta-atomia voidaan soveltaa EM-aallon diffraktion, taittumisen ja vaihekertymän manipuloimiseen, ja se voi tehostaa sovelluksia tutkalaitteissa, EM-ikkunoissa, sähkömagneettisen yhteensopivuuden strategioissa, suodatuslevyissä ja itsesalauksessa.

Aiheesta aiemmin:

Monitoimiset metapintojen antennit

Metapinta-antenni kerää RF-energiaa tehokkaasti

Uudelleenkonfiguroitavan älypinnan ohjaus

Säteilemätön sähkömagneettinen lähde