Des scientifiques développent des métadispositifs accordables et économes en énergie pour des communications 6G sécurisées et de haute précision

L’avenir des communications sans fil est sur le point de faire un pas de géant avec l’avènement de la technologie sans fil de sixième génération (6G). Une équipe de recherche de la City University of Hong Kong (CityU) a inventé un méta-dispositif térahertz (THz) accordable révolutionnaire qui peut contrôler la direction du rayonnement et la zone de couverture des faisceaux THz.

En faisant pivoter sa métasurface, l’appareil peut rapidement diriger le signal 6G uniquement vers un destinataire désigné, minimisant les fuites de puissance et améliorant la confidentialité. Il devrait fournir un moyen hautement ajustable, directionnel et sécurisé pour les futurs systèmes de communication 6G.

Le potentiel de la technologie de la bande THz est illimité, car elle dispose de ressources spectrales abondantes pour prendre en charge un débit de données ultra-rapide de niveau 100 Gbps (gigabit par seconde) et même Tbps (térabit par seconde) pour les communications sans fil, soit des centaines à des milliers de fois plus rapide que le débit de données de transmission 5G.

Cependant, les systèmes THz conventionnels utilisent des lentilles et des réflecteurs diélectriques volumineux et lourds, qui ne peuvent guider les ondes que vers un émetteur ou un détecteur fixe, ou les transmettre à un seul récepteur situé à une position fixe ou couvrant une zone limitée. Cela entrave le développement des futures applications 6G, qui nécessitent un positionnement précis et une puissance de signal concentrée.

Les systèmes encombrants existants entravent les applications 6G

Avec l’effort conjoint de deux équipes de recherche de CityU, dirigées par le professeur Tsai Din-Ping, professeur titulaire au Département de génie électrique, et le professeur Chan Chi-hou, prévôt par intérim et directeur du State Key Laboratory of Terahertz and Millimeter Waves ( SKLTMW), un nouveau métadispositif accordable capable de contrôler entièrement la direction de propagation et la zone de couverture du faisceau THz a été récemment développé pour surmonter ces défis.

“L’avènement d’un méta-dispositif THz accordable présente des perspectives passionnantes pour les systèmes de communication 6G”, a déclaré le professeur Tsai, expert dans le domaine des métasurfaces et de la photonique. “Notre méta-dispositif permet de transmettre des signaux à des utilisateurs ou à des détecteurs spécifiques et a la flexibilité d’ajuster la direction de propagation, selon les besoins.”

“Nos découvertes offrent une gamme d’avantages pour les systèmes de communication THz avancés, notamment la sécurité, la flexibilité, la haute directivité et la concentration du signal”, a ajouté le professeur Chan, spécialisé dans la recherche sur la technologie térahertz.

Métasurface rotative avec des milliers de micro-antennes

Le méta-dispositif se compose de deux ou trois métasurfaces rotatives (matériau artificiel en feuille mince d’une épaisseur inférieure à la longueur d’onde), qui fonctionnent comme des projecteurs efficaces pour diriger la tache focale des faisceaux THz sur un plan bidimensionnel ou dans un plan tridimensionnel. espace. Avec un diamètre de 30 mm, chaque métasurface compte environ 11 000 micro-antennes, qui ne mesurent que 0,25 mm x 0,25 mm et sont différentes les unes des autres.

“Le secret du succès du méta-dispositif réside dans le calcul et la conception méticuleux de chaque micro-antenne”, a déclaré le professeur Tsai. En faisant simplement pivoter les métasurfaces sans encombrement supplémentaire, la focalisation du faisceau THz peut être ajustée et dirigée vers les coordonnées X, Y et Z spécifiées de la destination en conséquence.

Avec l’équipement hautement précis et avancé du SKLTMW, l’équipe de recherche a mené des expériences et vérifié que les deux types de méta-dispositifs à focale variable qu’ils ont développés – les méta-dispositifs doublet et triplet – peuvent projeter le point de focalisation de l’onde THz dans un point arbitraire. dans un plan 2D et un espace 3D, respectivement, avec une grande précision.

Cette conception innovante a démontré la capacité d’un méta-dispositif à diriger un signal 6G vers un emplacement spécifique dans un espace à deux et trois dimensions.

Étant donné que seul l’utilisateur ou le détecteur situé à un endroit spécifique peut recevoir le signal et que le signal hautement concentré peut être commuté de manière flexible vers d’autres utilisateurs ou détecteurs sans gaspiller d’énergie sur les récepteurs à proximité ou nuire à la confidentialité, le méta-dispositif peut augmenter la directivité, la sécurité et la flexibilité. dans les futures communications 6G avec une consommation d’énergie réduite.

Élargissement facile de la production à faible coût

Les métasurfaces sont fabriquées avec de la résine haute température et une méthode d’impression 3D développée par l’équipe. Ils sont légers et petits et peuvent être facilement produits à grande échelle à faible coût pour des applications pratiques.

Le nouveau méta-dispositif accordable THz devrait avoir un grand potentiel d’application pour les systèmes de communication 6G, y compris le transfert de puissance sans fil, l’imagerie par zoom et la télédétection. L’équipe de recherche prévoit de concevoir d’autres applications de méta-dispositifs basées sur l’imagerie à focale variable THz.

Les conclusions ont été publiées dans Avancées scientifiques.