Metapinnoilla kohti 6G:tä

Kun edistymme kohti 6G-viestintää, Internet of Things (IoT) -laitteiden käyttö tehtävien valvontaan ja suorittamiseen on tulossa väistämättömäksi. Tämän seurauksena näiden laitteiden tarjoamille palveluille on kasvava kysyntä.

IoT-laitteiden käytettävissä olevat taajuusresurssit ovat kuitenkin rajalliset.

Erilaisissa tutkimuksissa on jäänyt huomioimatta yksi langattoman viestinnän tärkeä näkökohta: perinteiset antennit vastaavat samalla taajuudella oleviin signaaleihin samalla tavalla.

Onneksi tämä on juuri se, mitä tutkijaryhmä, jota johtaa tohtori Hiroki Wakatsuchi Nagoya Institute of Technologysta (NITech), on työstänyt.

Tutkimusartikkelissaan tutkijat he esittivät uuden järjestelmän, joka käyttää "metapintoja" aaltomuotopohjaisen selektiivisyyden luomiseen antenneissa.

"Klassiset antennit eivät pysty muuttamaan suorituskykyään, esimerkiksi sen säteilykuviota, kiinteällä taajuudella. Toimme tutkimuksessamme uuden vapauden muuttaa antennin suorituskykyä ja ohjata sähkömagneettisia aaltoja/signaaleja jopa samalla taajuudella käyttämällä "metapinnat" ovat keinotekoisesti muokattuja sähkömagneettisia rakenteita, jotka voivat tuottaa sähkömagneettisia ominaisuuksia vastaanotetun signaalin perusteella. Erityisesti metapinnat osoittavat ainutlaatuista käyttäytymistä, joka lähettää tulevia signaaleja valikoivasti vasteena niiden pulssin leveydelle, jota sovelletaan antennin suunnitteluun", selvittävät aihetta Wakatsuchi ja hänen kansainväliset kollegansa NITechistä, Nottinghamin ROMA TRE -yliopistosta.

Kokeillaan sekä numeerisilla simulaatioilla tutkijat osoittivat, että heidän antennisuunnittelunsa pystyi täysin vastaanottamaan/lähettämään selektiivisesti sekä pinta- että vapaan tilan aaltoja. He ehdottivat myös useita sovelluksia suunnittelulleen, mukaan lukien kaukokeilan ohjaaminen, signaalien vastaanottaminen samanaikaisesti sekä keskinäisen viestintäjärjestelmän rakentaminen ilman taajuuden muutosta tai ulkoista virtalähdettä.

Kiinalaiset tutkijat ovat taasen suunnitelleet ja osoittaneet, että kahden piirakenteisen terahertsisen metapinnan avulla voidaan luoda neljä optista kanavaa eri optisten toimintojen toteuttamiseksi samanaikaisesti.

"6G-verkot vaativat todennäköisesti enemmän tukiasemia täyden signaalipeiton saavuttamiseksi", sanoo tutkimusryhmän johtaja Fuyu Li Kiinan elektroniikkatieteen ja teknologian yliopistosta Photonics Research –lehden artikkelissa. "Laitteidemme tuottamia useita kanavia voitaisiin käyttää saavuttamaan samanaikaisesti säteen taipuminen useilla taajuuksilla, mikä vähentäisi tukiasemien tarvetta ja nopeuttaisi 6G-viestinnän saapumista."

Lehtiartikkelissa tutkija kuvaavat uusia laitteita, jotka edustavat täysin uutta menetelmää erilaisten terahertsiaaltojen, mukaan lukien fokusoitujen, pallomaisten ja pyörreaaltojen, päällekkäin asettamisen. Kun aallot superpositioidaan, ne yhdistetään olennaisesti yhteen uudentyyppisen aallon tuottamiseksi, joka on alkuperäisten komponenttien summa.

"Yhdistimme keinotekoisia metapintoja, joilla on erityisiä sähkömagneettisia ominaisuuksia, erilaisten terahertsiaaltojen superpositiotiloihin", Li sanoo. "Tämä ainutlaatuinen yhdistelmä tarjoaa monia vapausasteita, joiden avulla voidaan luoda monipuolisempia terahertsilaitteita. Tällaisilla laitteilla voidaan lisätä hiukkasten käsittelyn tarkkuutta tai laajentaa esimerkiksi optisen viestinnän kanavia."

Aiheesta aiemmin:

Metapinnat manipuloivat

Terahertsinen langaton linkki