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超表面天线可以支持未来的6G通信网络

2024-04-14 11:29:06 生活来源：

导读由格拉斯哥大学研究人员领导的团队开发了一种创新的无线通信天线，该天线将超材料的独特特性与复杂的信号处理相结合，以提供新的性能峰值。...

由格拉斯哥大学研究人员领导的团队开发了一种创新的无线通信天线，该天线将超材料的独特特性与复杂的信号处理相结合，以提供新的性能峰值。

在IEEEOpenJournalofAntennasandPropagation上发表的一篇题为“用于下一代通信、传感和成像应用的60GHz可编程动态超表面天线(DMA)：从概念到原型”的论文中，研究人员展示了他们开发的原型数字编码动态超表面天线(DMA)，通过高速现场可编程门阵列(FPGA)控制。

他们的DMA是世界上第一个在60GHz毫米波(mmWave)频段(国际法保留用于工业、科学和医疗(ISM)应用的频谱部分)的工作频率下设计和演示的产品。

该天线在较高毫米波频段运行的能力使其成为仍在发展的先进波束成形超表面天线领域的关键硬件。

它可以帮助未来的6G网络提供高可靠性的超快速数据传输，确保高质量服务和无缝连接，并实现通信、传感和成像领域的新应用。

DMA的高频操作是通过专门设计的超材料实现的，这些结构经过精心设计，可最大限度地提高与电磁波相互作用的能力，而这在天然材料中是不可能的。

DMA使用专门设计的完全可调超材料元件，这些元件经过精心设计，可通过软件控制来操纵电磁波，从而创建能够进行高频可重构操作的高级漏波天线。

火柴盒大小的原型采用高速互连，通过FPGA编程对各个超材料元件进行同步并行控制。DMA可以调整其通信波束并同时创建多个波束，以纳秒级的速度进行切换，以确保网络覆盖范围保持稳定。

格拉斯哥大学通信、传感和成像中心联席主任QammerH.Abbasi教授是该论文的主要作者之一。他说：“这个精心设计的原型是下一代自适应天线领域的一个非常令人兴奋的发展，它超越了先前可重构可编程天线的尖端发展。

“近年来，世界各地的其他研究人员已经在微波频段演示了DMA，但我们的原型将该技术进一步推向了60GHz的更高毫米波频段。这使其成为迈向新用例的潜在非常有价值的垫脚石6G技术的发展，可以为太赫兹范围内更高频率的运行铺平道路。”

DMA设计的功能可用于患者监测和护理，帮助直接监测患者的生命体征并跟踪他们的活动。

它还可以改进用于高分辨率雷达的集成传感和通信设备，并帮助自动驾驶汽车和无人机等自动驾驶车辆在道路和空中安全地找到道路。

数据传输速度的提高甚至可以帮助创建全息成像，从而将令人信服的人物和物体3D模型实时投影到世界任何地方。

负责天线开发的格拉斯哥大学詹姆斯·瓦特工程学院的MasoodUrRehman博士表示：“6G有潜力为整个社会带来变革性的好处。我们的高频智能和高度自适应天线设计可以下一代毫米波可重构天线的技术基石之一。DMA的可编程波束控制和波束整形有助于细粒度毫米波全息成像以及下一代近场通信、波束聚焦和无线功率传输。

“我们将在不久的将来努力扩展这一设计，以提供更灵活和多功能的天线性能，并继续发挥我们的作用，以满足日益互联的智能世界的需求。”

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