Uudelleenkonfiguroitavan älypinnan ohjaus

Kaaviokuvat RIS-supersolusta ja meta-atomista. Oikealla: Geometrinen vaiheohjaus supersolussa saavutetaan askelmoottorin ja hammaspyörien avulla. Vasemmalla: Vaaleanpunaiset ja taivaansiniset asteikot kuvaavat geometrisen vaihesäädön resoluutiota ja vaihtelugradientteja eri ympyräpolarisaatioille.

Suurempi kuva

Uudelleenkonfiguroitavat älypinnat (RIS) ovat ohjelmoitavia rakenteita, joilla voidaan ohjata sähkömagneettisten aaltojen etenemistä muuttamalla pinnan sähköisiä ja magneettisia ominaisuuksia. Ne tarjoavat uuden lähestymistavan langattomien viestintäjärjestelmien suorituskyvyn parantamiseen: muuta etenemis ympäristöä sen sijaan, että mukautuisit siihen.

Metallisten resonaattoreiden ja elektronisesti ohjattujen elementtien, kuten PIN-diodien ja varaktoridiodien, integrointi on vienyt RIS-alan tutkimuksen uuteen vaiheeseen, jossa voidaan jo manipuloida sähkömagneettisia aaltoja alle aallonpituuden resoluutiolla mutta uudelleenkonfiguroinnin vapausastetta rajoittaa PIN/varaktori -diodien toimintaperiaate ja tehohäviöt.

Nyt kansainvälinen tutkijaryhmä on kehittänyt mekaanisesti toimivan RIS-rakenteen, jolla on suuri uudelleenkonfiguroitavuuden vapaus, edulliset kustannukset ja vähäinen energiankulutus. Se toimii mikroaaltojen taajuuksilla ja hyödyntää mekaanista ohjausmenetelmää kunkin meta-atomin kiertokulman määrittämiseen.

Uusi rakenne koostuu 20 × 20 supersolusta joista jokainen koostuu askelmoottorista, joukosta voimansiirtovaihteita ja 4 × 4 -ryhmästä meta-atomeja.

Jokaista meta-atomia voidaan pyörittää mekaanisesti halutun vaihesäädön saavuttamiseksi. Tämä uudelleenohjelmoitava toiminto mahdollistaa jatkuvan ja mielivaltaisen vaiheen ohjauskuvion koko rakenteessa korkealla hyötysuhteella ja yhtenäisellä amplitudilla.

Tutkijat esittelevät RIS:n törmäävän aaltorintaman dynaamista ja tehokasta ohjausta konfiguroimalla sen toiminnan reaaliajassa useiden toimintojen kesken. Ne osoittavat, että lähes jatkuva vaihevirittävyys parantaa merkittävästi aaltorintaman hallittavuutta.

Laitteiston mekaanisella metapinta-alustan säädettävällä meta-atomitason kierrolla voi toteuttaa jatkuvan Pancharatnam–Berry vaiheohjauksen ympyräpolarisoiduille mikroaalloille. Konseptikokeina tutkijat esittelivät myös metalinssiä, fokusoitua pyörresäteen generointia ja holografista kuvantamista.

Tällainen sähkömagneettisten aaltojen dynaaminen ohjaus yhdellä, edullisella metapinnalla avaa tien käytännön sovelluksiin ja ohjaa uudelleen ohjelmoitavien älykkäiden metapintojen kenttää erilaisiin sovelluksiin.

Oklahoma State Universityn tekniikan professorin Weili Zhangin mukaan "Tämä RIS lupaa saavuttaa sähkömagneettisten aaltojen moniulotteisen manipuloinnin yhdistämällä erilaisia vaihteistoja ja erilaisia meta-atomeja, mikä voi viedä alan tutkimuksen seuraavalle tasolle."

Aiheesta aiemmin:

Metapinnoilla langattomat terahertsialueille

Metamateriaalilla mikropiirejä ilman puolijohteita