МФТИ, ИТМО и MatrixWave: Антенны с метаповерхностью

2024: Представление антенны с метаповерхностью

Ученые НИЦ Телекоммуникаций МФТИ, ИТМО и технологической компании «Мэтрикс вейв» ведут разработку принципиально нового вида антенн, предназначенного для использования в перспективных отечественных системах телекома, а именно - разработка внесет значительный вклад в развитие российского спутникового интернета. Об этом МФТИ сообщил 29 марта 2024 года.

𝓲

Фото: МФТИ

Оборудование предполагается устанавливать как в пользовательские терминалы для на подвижных объектов (автомобили, поезда и т.д.), так и на низкоорбитальные космические аппараты. Устройство создано на основе метаповерхностей - электромагнитных структур, состоящих из упорядоченных элементов, размер которых меньше рабочей длины волны. Основное качество технологии – дешевизна. Благодаря идее ученых стоимость оборудования, необходимого пользователю для подключения к сети, снижается в несколько раз в сравнении с зарубежными аналогами, имеющими стоимость более 1 млн рублей.

Метаповерхность представляет собой сетчатую структуру с излучающими элементами, которые намного (в 5-10 раз), меньше длины волны. Их плюс заключается в том, что за счет их пространственного распределения можно получать уникальные свойства, при изменении характеристик структуры можно формировать излучение в требуемом направлении. Можно также создавать многолучевые антенные системы, что нужно для космических аппаратов, - рассказал Алексей Космынин, сотрудник НИЦ Телекоммуникаций МФТИ, генеральный директор ООО «Мэтрикс вейв».

Для приема и отправки радиосигналов между спутником и пользовательским терминалом необходима антенна. Классическим вариантом считается зеркальная параболическая антенна в форме «тарелки». Однако ее сложно устанавливать на подвижные объекты, так как она должна всегда быть ориентирована в определенном направлении с высокой точностью. А все новые спутниковые сети строятся из подвижных космических аппаратов, поэтому, даже если сам терминал не будет двигаться, зеркальную антенну все равно придется непрерывно поворачивать для отслеживания спутника.Александр Краснов, «Штурвал»: Делая настоящий Kubernetes для Enterprise, мы к тому же создали продукт для инженерного сообщества 3.5 т

Альтернативой зеркальной антенне может быть фазированная антенная решетка. У нее отличные технические характеристики, но и высокая цена. Пользовательский терминал на основе решетки будет иметь стоимость порядка нескольких миллионов рублей, в зависимости от серии и размера апертуры.

Дороговизна объясняется тем, что для производства одной такой антенны требуется несколько сотен сложных микросхем, управляющих лучом. К тому же в России их не производят на март 2024 года, а покупка за рубежом затруднена из-за санкций. По этим причинам команде ученых и инженеров пришлось искать оригинальное техническое решение для приема и передачи данных. Антенны на основе метаповерхностей можно целиком производить в России.

Вскоре должны начаться первые испытания пользовательской антенной системы с использованием данной технологии.

Первый экземпляр антенны для спутника будет немного сложнее и дороже пользовательского. На первом этапе планируется проведение лабораторных испытаний. На март 2024 года разработчики ведут переговоры с несколькими возможными заказчиками спутникового варианта.

Антенны на метаповерхностях успешно используются в наземных сетях связи, в частности в мобильных системах пятого поколения. Метаповерхностные излучающие структуры являются одним из технологических кандидатов для широкого внедрения в сетях связи шестого поколения. Подобные исследования и работы ведутся в ведущих мировых технологических лабораториях по всему миру.