Майбутні мережі 6G поступово перестають бути футуристичною теорією. Міжнародна команда науковців зробила важливий крок до надшвидкого мобільного зв’язку, створивши компактну топологічну антену, здатну працювати в терагерцовому (THz) діапазоні — ключовому для наступного покоління бездротових технологій.
Дослідження опубліковане в журналі Nature Photonics, а керівником проєкту став професор Ранджан Сінгх з Університету Нотр-Дам. До роботи долучилися фахівці із Сінгапуру, Франції та США.
Чому 6G переходить у терагерци
Очікується, що мережі шостого покоління забезпечуватимуть передачу даних зі швидкістю до одного терабіта на секунду. Це означає, що обсяг інформації, який нині завантажується хвилинами, потенційно можна буде отримати за секунди.
Такий рівень швидкості можливий лише на значно вищих частотах, ніж ті, що використовуються у 5G. Саме терагерцовий спектр відкриває можливості для надпотужного зв’язку. Проте він водночас створює нові технічні виклики: хвилі цього діапазону складно стабільно передавати, а традиційні антени виявляються або громіздкими, або дорогими, або потребують складних механічних систем для спрямування сигналу.
Без інноваційних рішень масове впровадження 6G може залишитися занадто складним і економічно невигідним.
Топологія як інструмент керування хвилями
Щоб подолати обмеження класичних підходів, дослідники звернулися до принципів топологічної фотоніки. Цей напрям дозволяє керувати рухом електромагнітних хвиль через спеціально структуровані матеріали, які спрямовують сигнал уздовж «захищених» траєкторій з мінімальними втратами.
У центрі нової технології — кремнієвий чип із масивом мікроскопічних трикутних отворів двох різних розмірів. Змінюючи їхню конфігурацію, науковці навчилися контролювати поведінку терагерцових хвиль: або утримувати їх усередині структури, або випромінювати під заданим кутом.
Таким чином, сама геометрія матеріалу фактично виконує функцію антени.
Широке покриття без механіки
Однією з головних переваг розробки стала відсутність рухомих частин. Уся логіка спрямування сигналу закладена безпосередньо в структурі чипа. Це означає менше ризиків поломок і спрощене виробництво.
Під час тестування пристрій продемонстрував можливість покривати до 75% простору навколо себе, що суттєво перевищує показники більшості сучасних терагерцових антен. Та сама структура може працювати як передавач і як приймач, що відкриває перспективи для універсальних компактних модулів.
За даними дослідників, швидкість передачі даних, досягнута під час експериментів, у сотні разів перевищує результати багатьох інших сучасних рішень у THz-діапазоні.
Крок до інтегрованого 6G-чипа
Наступний етап роботи — об’єднання передавання, приймання та обробки сигналу в межах одного інтегрованого чипа. Якщо це вдасться реалізувати, 6G зможе використовувати терагерцовий спектр так само стабільно, як сьогодні працюють 4G та 5G у нижчих частотних діапазонах.
Поки що технологія перебуває на стадії досліджень, але вона демонструє чіткий напрям розвитку мобільного зв’язку. Терагерци поступово переходять із лабораторій у реальні інженерні рішення — і це може означати, що ера надшвидкого бездротового зв’язку ближча, ніж здається.
