Nowy metamateriał 2D polepszy komunikacje sieci 6G
Tani metamateriał 2D, który poprawia komunikację satelitarną i może zrewolucjonizować przyszłe sieci 6G przyśpieszając jej wdrożenie.
Naukowcy ogłosili stworzenie nowego, taniego i łatwego do wyprodukowania urządzenia, które może poprawić komunikację satelitarną, zwiększyć szybkość transmisji danych oraz wspomóc zdalne monitorowanie. Zespół inżynierów, prowadzony przez badaczy z Uniwersytetu w Glasgow, opracował ultracienką powierzchnię 2D, wykorzystującą unikalne właściwości metamateriałów do manipulacji i konwersji fal radiowych na częstotliwościach powszechnie używanych przez satelity.
Metamateriały to struktury, które są starannie projektowane, aby nadać im właściwości, jakich nie posiadają materiały występujące naturalnie. Dzięki ich zastosowaniu możliwe jest modyfikowanie sposobu, w jaki fale elektromagnetyczne oddziałują z powierzchniami, co otwiera nowe możliwości w dziedzinie komunikacji.
Wyniki badań, przedstawione w czasopiśmie „Communications Engineering”, opisują metamateriał, który może zrewolucjonizować przyszłe generacje satelitów 6G. Nowa technologia pozwoli na przesyłanie większych ilości danych, poprawi jakość sygnału oraz zwiększy możliwości satelitów w zakresie zdalnego monitorowania.
Obecnie używane anteny komunikacyjne są zaprojektowane do nadawania i odbierania fal elektromagnetycznych w orientacji pionowej lub poziomej, co nazywa się polaryzacją liniową. Problemem w komunikacji satelitarnej bywa brak dokładnego dopasowania anten nadawczych i odbiorczych, co prowadzi do degradacji sygnału. Ponadto sygnały są podatne na zakłócenia atmosferyczne, takie jak opady deszczu czy zjawiska jonosferyczne, co negatywnie wpływa na ich jakość.
Metamateriał stworzony przez zespół badaczy przekształca fale elektromagnetyczne o polaryzacji liniowej w fale o polaryzacji kołowej. Taka konwersja może znacząco poprawić jakość komunikacji między satelitami a stacjami naziemnymi. Polaryzacja kołowa charakteryzuje się wysoką odpornością na zakłócenia atmosferyczne, co zapewnia stabilne połączenia. Dzięki niej, precyzyjne ustawienie anten nie jest już konieczne, co jest szczególnie korzystne w mobilnych zastosowaniach, gdzie dokładne dopasowanie anten jest trudne do osiągnięcia.
Dodatkowo, polaryzacja kołowa umożliwia podwojenie pojemności kanałów dzięki wykorzystaniu zarówno prawej, jak i lewej polaryzacji kołowej. Takie rozwiązanie upraszcza projektowanie anten dla małych satelitów, a jednocześnie poprawia śledzenie satelitów i zapewnia niezawodne połączenia w trudnych warunkach, co czyni go idealnym rozwiązaniem dla nowoczesnych systemów satelitarnych.
Opracowany metamateriał ma zaledwie 0,64 mm grubości i składa się z mikroskopijnych komórek z wzorami geometrycznymi wykonanymi z miedzi, umieszczonymi na standardowej płytce drukowanej, powszechnie stosowanej w komunikacji wysokoczęstotliwościowej. Powierzchnia materiału została zaprojektowana w taki sposób, aby umożliwić precyzyjne odbicie i zmianę polaryzacji fal elektromagnetycznych. W testach laboratoryjnych metamateriał oświetlano sygnałami z anten tubowych, a następnie rejestrowano odbite fale za pomocą analizatora sieci. Wyniki eksperymentów potwierdziły wysoką skuteczność konwersji polaryzacji liniowej na kołową, zgodnie z wcześniejszymi symulacjami.
Badania wykazały, że materiał zachowuje wysoką wydajność nawet wtedy, gdy fale radiowe docierają pod kątem do 45 stopni, co jest istotne w aplikacjach kosmicznych, gdzie idealne dopasowanie między satelitami a powierzchnią jest trudne do osiągnięcia.
Profesor Qammer H. Abbasi z Uniwersytetu w Glasgow, który przewodził zespołowi badawczemu, wyjaśnił, że wcześniejsze projekty metamateriałów umożliwiały manipulację falami elektromagnetycznymi, ale były ograniczone do wąskich zakresów częstotliwości. Opracowana przez jego zespół powierzchnia działa jednak w szerokim paśmie częstotliwości, od 12 GHz do 40 GHz, co jest powszechnie używane w aplikacjach satelitarnych i zdalnym monitorowaniu.
Dr Humayun Zubair Khan, pierwszy autor badania, podkreślił, że nowe odkrycie znacznie przewyższa wcześniejsze technologie, oferując lepszą kontrolę nad falami elektromagnetycznymi, co otwiera nowe możliwości, szczególnie w przemyśle kosmicznym, gdzie liczy się każdy gram ładunku.
Jednym z największych atutów tej technologii jest możliwość masowej produkcji metamateriału przy użyciu standardowych technik wytwarzania obwodów drukowanych, co czyni ją przystępną cenowo i gotową do szerokiego zastosowania w nadchodzących latach.
Szymon Ślubowski
