Новая программируемая антенна может проложить путь к новому поколению устройств 6G, приложениям «умного города» и 3D-голограммам, утверждают учёные.
Исследователи создали динамическую метаповерхностную антенну (DMA), которой можно управлять с помощью миниатюрного процессора с цифровым кодированием, который технически представляет собой высокоскоростную программируемую вентильную матрицу (FPGA) — тип реконфигурируемой схемы, интегрированной в чип.

Этот прототип размером со спичечный коробок является первым в мире, который работает с сигналом 6G в диапазоне миллиметровых волн (мм) 60 ГГц, предназначенном для промышленных, научных и медицинских приложений. Результаты подробно описаны в новом исследовании, которое будет опубликовано в ближайшем будущем в журнале IEEE Open Journal of Antennas and Propagation.
Самым продвинутым стандартом мобильной связи на сегодняшний день является 5G. Эта сеть была впервые создана в 2018 году, а затем получила широкое распространение в 2019 году. На сегодняшний день уже во многих странах мира почти каждый новый смартфон без особых проблем может подключаться к сетям 5G.
Следующим на очереди идёт стандарт 6G, который может быть в тысячу раз быстрее, чем 5G, при этом его технические характеристики всё ещё находятся на стадии определения, наряду с инфраструктурой и компонентами, необходимыми для воплощения этой сети в реальность. По данным торговой организации GSMA, окончательные спецификации 6G ожидаются в 2028 году, а коммерческое внедрение, вероятно, последует в начале 2030-х годов.
«Наша высокочастотная интеллектуальная и высокоадаптивная конструкция антенны может стать одним из технологических краеугольных камней следующего поколения реконфигурируемых антенн миллиметрового диапазона», — сказал в своём заявлении ведущий автор исследования Масуд Ур Рехман (Masood Ur Rehman), старший преподаватель автономных систем и связи в Университете Глазго, Шотландия.
Одной из ключевых особенностей прототипа антенны является формирование луча. Это позволяет сфокусировать направление сигнала 6G точно на целевом устройстве, что повышает надёжность и скорость при одновременном снижении энергопотребления. Этот процесс происходит за наносекунды. В этом случае исследователи использовали элементы из «метаматериала», предназначенные для резонанса на частоте около 60,5 ГГц, которые можно точно настроить без необходимости в сложных схемах.
«Программируемое управление лучом и формирование луча DMA могут помочь в создании мелкозернистой голографической импульсной радиосвязи миллиметрового диапазона, а также в передаче энергии по беспроводной связи и фокусировке луча для ближней связи следующего поколения», — сказал Ур Рехман.
В ходе исследования учёные заявили, что данное устройство может оказать серьёзное влияние на коммуникацию, восприятие и визуализацию.
Одной из основных проблем 6G является сложность получения сигнала внутри здания. Эта же новая антенна может поддерживать крупномасштабные внутренние сети «Internet of Things»/»Интернет вещей» (IoT) на частоте 60 ГГц, которые обеспечивают высокие скорости передачи и огромную пропускную способность данных, заявили учёные в своем отчёте. В ходе испытаний прототип снизил потребление энергии на 88% и коллизии данных на 24% по сравнению с всенаправленными антеннами.
Обнаружение через 6G также открывает интересные возможности. При этом используются свойства радиоволн для обнаружения объектов в режиме реального времени, а потенциальные применения включают отслеживание пациентов в больнице или определение пути движения беспилотного автомобиля. По словам учёных, использование этих собранных данных может также привести к созданию трёхмерных голографических моделей, показывающих движение людей и объектов в данной местности.
Ур Рехман сказал, что его команда находится только в начале пути и планирует улучшить конструкцию, чтобы антенна стала более гибкой и универсальной. В конечном счёте, Ур Рехман рассматривает разработку как ключевой компонент концепции «Интернет вещей» с поддержкой 6G и среды «умный город».