Умные зеркала стали на 40% эффективнее благодаря 3D-печати

Демонстрация работы 3D-печатной элементарной ячейки реконфигурируемой интеллектуальной поверхности, представленной на международной конференции в Тбилиси, 2024 год.

© Андрей Тярин.

Ученые с помощью 3D-печати изготовили высококачественные элементы интеллектуальных поверхностей, способных управлять радиоволнами и усиливать сигналы сетей 5G. Новый метод производства позволил на 40% увеличить ширину частотной полосы, в которой работают поверхности, а потому ускорить передачу данных. Более того, технология в пять раз дешевле аналогов, благодаря чему она позволит обеспечивать устойчивое покрытие беспроводной сетью даже в отдаленных районах нашей страны. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале IEEE Access.

Чтобы обеспечить стабильное покрытие сетью мобильной связи 5G и сетью будущего поколения 6G, нужно большое количество новых вышек, строить которые довольно дорого. Чтобы повысить эффективность передачи сигналов пользователям от уже существующих вышек, можно использовать реконфигурируемые интеллектуальные поверхности. Эти устройства работают подобно зеркалам, но отражают не свет, а радиосигналы. Перенаправляя с их помощью радиоволны, можно усиливать их и тем самым улучшать качество связи. До сих пор прототипы таких поверхностей создавали по дорогой технологии изготовления печатных плат, когда на пластинах, не проводящих ток, с помощью травления — обработки химическими реагентами — формируют очень тонкое медное покрытие. Этот подход требует сложного промышленного оборудования и дорогих материалов, поэтому он ограничивает массовое тестирование и внедрение реконфигурируемых интеллектуальных поверхностей.

Ученые из Института проблем передачи информации имени А.А. Харкевича РАН (Москва) предложили использовать 3D-печать для создания элементов реконфигурируемых интеллектуальных поверхностей.

В качестве материала для таких элементов авторы выбрали ударопрочный полистирол — этот недорогой материал пропускает радиоволны и практически не искажает их, благодаря чему его удобно использовать в качестве основы умного зеркала. Такую полистирольную основу исследователи напечатали на 3D-принтере, придав ее внутренней поверхности структуру в виде ячеек. Затем на эту поверхность наклеили проводящий слой из медной фольги.

Авторы проверили, как полученные элементы реконфигурируемых интеллектуальных поверхностей усиливают радиоволны. Эксперимент показал, что сочетание ячеистой структуры, созданной 3D-печатью, и простого в изготовлении покрытия из фольги позволило получить элемент умной поверхности, рабочая полоса частот которого на 40% шире существующих аналогов. Благодаря этому устройства на основе таких элементов будут с большей скоростью передавать данные.

«Предложенная методика не требует дорогих импортных материалов — в печати используется ударопрочный полистирол, который производят в России. Этот подход позволит быстрее и примерно в пять раз дешевле других технологий создавать устройства для 5G- и в перспективе 6G-сетей. Я верю, что это даст возможность в ближайшее время наладить производство реконфигурируемых интеллектуальных поверхностей в нашей стране и ускорить их внедрение в отечественные системы связи. В дальнейшем мы планируем использовать нашу методику для создания нового прототипа реконфигурируемой интеллектуальной поверхности для сотовых сетей 5G», — рассказывает участник проекта, поддержанного грантом РНФ, Андрей Тярин, младший научный сотрудник лаборатории беспроводных сетей Института проблем передачи информации имени А.А. Харкевича РАН.

Источник: indicator.ru