Учёные Института проблем передачи информации имени А.А. Харкевича РАН с помощью 3D‑печати изготовили высококачественные элементы интеллектуальных поверхностей. Эти поверхности способны управлять радиоволнами и усиливать сигналы сетей 5G. Новый метод производства позволил на 40% увеличить ширину частотной полосы, в которой работают поверхности. Это ускоряет передачу данных. Технология примерно в пять раз дешевле аналогов. Она позволит обеспечивать устойчивое покрытие беспроводной сетью даже в отдалённых районах страны. Результаты исследования опубликованы в журнале IEEE Access.
Чтобы обеспечить стабильное покрытие сетью мобильной связи 5G и сетью будущего поколения 6G, нужно большое количество новых вышек. Строить их дорого. Для повышения эффективности передачи сигналов от существующих вышек используют реконфигурируемые интеллектуальные поверхности. Эти устройства работают подобно зеркалам, но отражают радиосигналы, а не свет. Перенаправляя радиоволны, поверхности усиливают их и улучшают качество связи.
До сих пор прототипы таких поверхностей создавали по технологии изготовления печатных плат. На непроводящих пластинах с помощью травления формировали тонкое медное покрытие. Этот метод требует сложного промышленного оборудования и дорогих материалов. Он ограничивает массовое тестирование и внедрение реконфигурируемых интеллектуальных поверхностей.
Специалисты из Института проблем передачи информации имени А.А. Харкевича РАН предложили использовать 3D‑печать для создания элементов этих поверхностей. В качестве материала выбрали ударопрочный полистирол. Он пропускает радиоволны и почти не искажает их. Полистирольную основу напечатали на 3D‑принтере и придали её внутренней поверхности структуру в виде ячеек. На поверхность наклеили проводящий слой из медной фольги.
Авторы проверили, как полученные элементы усиливают радиоволны. Эксперимент показал, что сочетание ячеистой структуры и покрытия из фольги позволило получить элемент умной поверхности, рабочая полоса частот которого на 40% шире существующих аналогов. Благодаря этому устройства на основе таких элементов передают данные быстрее. Исследования поддержаны грантом Российского научного фонда (РНФ).
Андрей Тярин
Младший научный сотрудник лаборатории беспроводных сетей Института проблем передачи информации имени А.А. Харкевича РАН.
«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».
