Исследователи из Университета Делавэра разработали новые линзы Люнебурга с помощью аддитивных технологий, которые способны передавать данные на частотах 5G.
Используя FDM 3D-печать, команда создала несколько микроскопических антенн с плоскими поверхностями, которые можно было добавлять в электронику, датчики или даже мобильные телефоны. Теперь, работая с армией США, ученые разрабатывают как оборонную робототехнику, так и гражданские аэрокосмические приложения для своих дополнительных передающих устройств.
«Этот объектив - очень недорогой и эффективный способ направлять сигналы в определенном направлении, он будет особенно полезен в 5G», - сказал профессор Марк Мироцник, руководивший исследованием. «Мы думаем, что наши объективы могут найти применение для такого рода вещей, потому что они недорогие, но действительно надежные».
Системы беспроводной связи становятся все более актуальными в нашей повседневной жизни, поскольку эти технологии часто используются в радарах и спутниках, которые соединяют повседневные интеллектуальные устройства. Для выполнения этой жизненно важной роли эти антенны должны иметь высокий коэффициент усиления, быть широкоугольными, маневренными и способными передавать многополосные сигналы.
В настоящее время для этого на спутниках используются управляемые фазированные антенные решетки, но это дорогие, сложные и энергоемкие технологии. Линзы Люнебурга Gradient Index (или GRIN) часто рекламируются как альтернатива, поскольку их сферическая градиентная структура позволяет им передавать несколько лучей одновременно.
Несмотря на привлекательные свойства устройств GRIN, их сферическая геометрия затрудняет их интеграцию в стандартные антенные решетки. Однако с помощью процесса трансформации оптики (TO) можно преобразовать линзы Люнебурга в плоские поверхности, более совместимые с обычными спутниками.
Хотя TO была применена в этой области с некоторой долей успеха, прогрессу препятствовало наличие отражений в подаче линз. Чтобы бороться с этим, команда предположила, что с помощью 3D-печати можно было бы добавить антибликовый (AR) слой, в результате чего получилось устройство Люнебурга с многочастотными возможностями.
Чтобы проверить свою гипотезу, ученые напечатали антибликовый 3D-слой на плоской поверхности возбуждения существующей линзы и настроили его для работы в Ka-диапазоне (26–40 ГГц). Затем были протестированы электромагнитные свойства прототипа и сопоставлены с результатами моделирования, а также характеристики существующих устройств GRIN.
Во время оценки модернизированная конструкция антенны позволила уменьшить отражения, наблюдаемые в существующих линзах в диапазоне Кa. Прототип также сузил половинную мощность объектива, и по сравнению с компьютерными проекциями он показал эффективность диафрагмы более 60% в большинстве мест подачи.
Первоначально исследователи признали, что их антибликовый слой иногда ограничивает угол сканирования устройства, но с тех пор они оптимизировали его производительность. Работая с DeLUX AM, стартапом, соучредителем которого является Миротцник, команда также определила различные новые области применения линз, в том числе встраивание их в 3D-печатный «квадрокоптер».
Министерство обороны США заключило с учеными контракт на создание робота, способного сойти с конвейера и немедленно отправиться в работу. Это выглядит амбициозным, но команда уже напечатала устройство со встроенной линзой, которое перемещается с рабочей пластины, демонстрируя общий потенциал технологии.Преимущества использования 3D-печати с точки зрения стоимости и гибкости конструкции все чаще позволяют исследователям производить антенны 5G с улучшенными возможностями ретрансляции.
Британские исследователи изучили преимущества 3D-печати антенн с множественным входом и множеством выходов (MIMO) для систем 5G. Предлагаемые «MIMO» могут направлять лучи в нескольких направлениях, обеспечивая непрерывное покрытие в реальном времени без необходимости в фазовращателях.
Другая команда из Университета Делавэра развернула 3D-принтер XJet Carmel 1400 для изготовления новых антенн 5G. Используя алгоритмы пассивного управления лучом, ученые смогли напечатать линзы со сложной структурой, небольшими каналами и оптимизированными свойствами материала.
В другом месте ученые из Университета Бирмингема развернули прецизионную 3D-печать для изготовления схем для антенн 5G. Эти устройства, разработанные в рамках проекта, возглавляемого военными, могут также использоваться в гражданских целях и для автомобильных радаров.
Выводы исследователей подробно описаны в их статье под названием «Модифицированная линзовая антенна Люнебурга с широким углом обзора и QCTO с широкополосным просветляющим слоем», соавторами которой являются Сумитра Бисвас и Марк Мироцник.