OEA: Разработана антенна на основе ложных поверхностных плазмонных поляритонов

Умные антенны привлекли внимание своей способностью одновременно выполнять функции связи и восприятия. Они сложны в управлении и дороги.

Развитие IoT и AI привело к появлению новых гибких и миниатюрных воспринимающих устройств. Интеллектуальные антенны будут важны для будущих коммуникаций, зондирования и других областей.

Интеллектуальные антенны постоянно совершенствуются. Они бывают трех типов:

1. Антенны с формированием луча динамически изменяют свою ориентацию для фокусировки сигнала и обеспечивают улучшенное покрытие и качество сигнала. Однако они дорогие и сложно адаптируются к изменениям среды.
2. Адаптивные антенны регулируют свои параметры в реальном времени, чтобы улучшить качество сигнала и бороться с помехами. Но они также требуют сложного оборудования и алгоритмов и больших вычислительных ресурсов.
3. Многофункциональные метаповерхности и RIS (reconfigurable intelligent surfaces). они выполняют разные функции. Метаповерхности создают голограммы и проводят оптическое зондирование, изменяя фазу или поляризацию элементов. RIS улучшают охват и ёмкость сигнала, регулируя свойства отражения и преломления. Но при больших масштабах метаповерхности требуют сложной системы управления.

Метаповерхности с датчиками имеют интеллектуальные системы управления. Они используют камеры, данные и алгоритмы для выполнения таких задач, как отслеживание лучей, дистанционное зондирование и наблюдение за дорожным движением.

Системы метаповерхностей на основе компьютерного зрения отслеживают электромагнитные волны и обеспечивают беспроводную связь с движущимися целями в реальном времени. Они настраивают характеристики каждой ячейки метаповерхности электрически, обеспечивая точность и гибкость формирования луча. Но есть технические проблемы, связанные со сложностью изготовления и энергопотреблением.

Разработана новая антенна с волнами утечки (LWA) на основе поддельных поверхностных плазмон-поляритонов (SSPPs).

SSPP — это особый тип метаповерхностей, которые могут обеспечить новые решения для разработки схем и систем следующего поколения. На их основе предложены линии передачи с низким уровнем наводок, конформные линии, активные и пассивные устройства и системы связи. Они обладают преимуществами миниатюрности, конформности, низкой стоимости и простоты интеграции для будущих беспроводных коммуникаций.

Антенны SSPP с волнами утечки обладают гибким управлением, широким частотным диапазоном и высоким коэффициентом усиления, а также могут реализовать сканирование луча под большим углом.

Реконфигурируемая SSPP-антенна проще и дешевле в производстве, чем метаповерхность. Она имеет низкое энергопотребление и подходит для создания интеллектуальных антенн.

Авторы статьи описали антенну с волной утечки (LWA) на основе SSPP.

Интеллектуальная система SSPP-LWA может автоматически переключаться между состояниями «излучения» и „неизлучения“. В состоянии „излучения“ внешний подслушивающий агент не обнаружен, в состоянии „неизлучения“, наоборот, обнаружен. Также система может отслеживать луч в направлении движущейся цели.

SSPP-LWA получает информацию о местоположении внешнего подслушивающего устройства или целевого пользователя через КВ. Затем она переключает состояния излучения/неизлучения и автоматически сопровождает движущуюся цель, перестраивая входную частоту.

SSPP-LWA — главный претендент на создание интеллектуальных систем. Она может автономно выбирать оптимальные режимы работы и устанавливать интеллектуальную связь в сложных средах.

Эта работа важна, поскольку решает проблемы интеллектуальных антенных систем: ограниченный рабочий диапазон, сложность и высокая стоимость.

Улучшение радиолокационных систем и защищённых каналов связи благодаря адаптивному формированию луча и подавлению помех обеспечивает надёжную связь между устройствами в «умных» домах и городах.

Усовершенствованный радар, улучшенная связь и возможности зондирования сделают автономные транспортные средства безопаснее и надёжнее, а также улучшат работу мобильного интернета и стриминговых сервисов.

В этом исследовании мы планируем улучшить технологию SSPP-LWA с помощью других передовых систем, таких как сети связи с БПЛА и ИИ. Это расширит возможности технологии.

На основе предложенной реконфигурируемой SSPP-LWA можно будет создать многомерные цифровые LWA. С помощью матриц кодирования амплитуды, частоты и поляризации можно определить различные состояния излучения и напрямую модулировать цифровые базовые сигналы на излучаемую волну.

Реконфигурируемая система SSPP-LWA пригодится для интеллектуальных беспроводных коммуникаций.

Система SSPP-LWA следит за окружающей средой и адаптируется к ситуации, что позволяет эффективно использовать спектр и снизить помехи. Это делает систему «умнее» и повышает уровень её автоматизации. Поэтому систему можно применять в сфере БПЛА, автопилота для автомобилей и интеллектуального транспорта.

Результаты опубликованы в издании Opto-Electronic Advances.

30.08.2024