Monitoimiset metapintojen antennit

Metapinnat ovat kehittyneet nopeasti viimeisen vuosikymmenen aikana ja niiden mukautettavissa olevat ominaisuudet pystyvät säätelemään aallon ja aineen vuorovaikutusta alle aallonpituuksien mitoilla.

Viime aikoina tila- sekä aikamoduloivat metapinnat ovat herättäneet merkittävää huomiota niiden tarjoaman lisävapauden vuoksi sähkömagneettisten aaltojen manipuloinnissa.

Vuonna 2019 kiinalaisen Southeast yliopiston Jun Yan Dai vetämä tutkijaryhmä ehdotti uutta reittiä monimodulaatiomenetelmien saavuttamiseksi langattomassa viestinnässä säätelemällä aika-alueen digitaalisen koodausmetapinnan (TDCM) heijastusvaiheita epälineaarisella tavalla.

Langattomien viestintäjärjestelmien klassisiin arkkitehtuureihin verrattuna TDCM:llä on etuina yksinkertainen arkkitehtuuri, valmistuksen helppous ja edulliset kustannukset.

Kokeiluissaan tutkijat ovat tuottaneet menetelmällä erilaisia modulaatiomenetelmiä, kuten QPSK, 8PSK ja 16QAM sekä 256QAM:n.

Alkuvuodesta 2021 he esittelivät metapinnan digitaalisen version eli informaation metapinnan (IM). Se laventaa aihetta fysiikasta informaation suuntaan, käyttämällä alle aallonpituisia meta-atomeja digitaalisina koodeja "0" ja "1" karakterisoimaan sähkömagneettisia vasteita.

Näin tämä digitaalinen koodausstrategia yhdistää fyysisen maailman ja digitaalisen maailman ja saa metapinnan tekemään suoraa reaaliaikaista informaationkäsittelyä. Apuna käytetään FPGA-piiriä. Tällaisten etujen ansiosta informaatio metapinnat osoittavat hyviä mahdollisuuksia tuoda vallankumouksellisia sovelluksia langattomaan viestintään uskovat tutkijat.

Laajemminkin älykkään radioympäristön uskotaan omaavan suuria mahdollisuuksia tulevaisuuden langattomissa verkoissa. Sen olennainen vaatimus on sähkömagneettisten kenttien tarkka ja samanaikainen tunnistaminen ja manipulointi samalla aukolla, mikä on vaikea saavuttaa perinteisillä menetelmillä.

Sellaiseen tutkijoilla on esittää millimetriaaltojen tila-aika koodaavaa digitaalista metapintaa (STCM), joka mahdollistaa paikallisen suunnan etsimisen ja kentän manipuloinnin samanaikaisesti.

Nyt marraskuussa esiteltiin puolestaan sivukaistattomat tila-aikakoodaavat metapinta-antennit. Kyseessä on 1-bittinen tila-aikakoodaava metapinta-antenni, joka voi poimia ja muovata ohjattuja aaltoja halutuiksi vapaan tilan aalloksi.

Menetelmän luo mahdollisuuden saavuttaa erilaisiasäteilyominaisuuksia ohjelmisto-ohjauksella ilman, että antennin rakenteeseen tarvitsee tehdä fyysisiä muutoksia. Tämä tarkoittaa, että ei-toivotut sivukaistat tai harmoniset, jotka estävät tavanomaisten uudelleenkonfiguroitaviin metapintoihin perustuvien antennien suorituskykyä, voidaan unohtaa.

ReceachGaten Jun Yan Dai:n ryhmien tutkimustyötuloksia

Aiheesta aiemmin:

Metapinnat manipuloivat

Metapinta-antenni kerää RF-energiaa tehokkaasti

Metapinnoilla langattomat terahertsialueille