Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Ученые разработали интеллектуальный алгоритм проектирования антенн для высокоскоростной беспроводной связи
Физики из Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ и Центра нейрофизики и нейроморфных технологий совместно с зарубежными коллегами разработали «умный» алгоритм для проектирования антенн, которые поглощают терагерцовое излучение в широком диапазоне. Этот интеллектуальный алгоритм позволит увеличить поглощение излучения новыми материалами, что ускорит внедрение 6G-технологий в повседневную жизнь.
Технологии с использованием терагерцового диапазона частот перешли из области теоретического интереса в сферу практической необходимости. Растущие потребности во все большем трафике данных требуют от систем рабочих частот выше 100 гигагерц для достижения скоростей передачи данных более 100 гигабит в секунду. Для беспроводной связи 6G и межчиповой коммуникации критически важна правильная конструкция антенны.
При разработке таких систем необходима налаженная связь «антенна—детектор». В идеальном приемнике половина мощности поглощается чувствительным элементом, а половина рассеивается антенной. Идеал достигается при условии равных сопротивлениях антенны и чувствительного элемента, иначе называемом согласованием импедансов.
Современные детекторы на основе двумерных материалов, таких как графен и черный фосфор, обеспечивающие ультрачувствительное обнаружение в терагерцовом диапазоне, имеют импеданс от единиц до десятков килоом. В то же время импеданс типовых антенн составляет около 50 Ом. Такая большая разница приводит к ослаблению передачи сигнала от антенны к чувствительному элементу, сужению рабочего диапазона и в конечном счете к высокому уровню шума.
Чтобы решить эту проблему, коллектив ученых из России, Германии и Сингапура разработал подход, который оптимизирует форму антенны для лучшего согласования импеданса в очень широком спектре внутри терагерцового диапазона. Они применили пакет программ для реализации метода обратного проектирования: сначала алгоритму задали требуемые свойства: желаемые импеданс и полоса пропускания, после чего алгоритм сгенерировал набор оптимальных форм. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review Applied. Работа поддержана грантом РНФ.
«Вместо того чтобы начинать с известной геометрии и надеяться, что она работает, мы определяем требования к производительности и позволяем алгоритму сконструировать геометрии антенн, которые им удовлетворяют», — пояснил Михаил Лукьянов, инженер лаборатории оптоэлектроники двумерных материалов Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ.
Ключевое преимущество этого подхода в том, что алгоритм не привязан только к определенной форме антенны, а сам создает ее из набора металлических «пикселей». Такая гибкость в проектировании электромагнитных устройств встречается редко и крайне ценна, поскольку открывает широкие возможности для адаптации под конкретные задачи. Применяя обратное проектирование с поэтапной генерацией формы, физики получили формы антенн, которые не могли бы получиться из традиционной конструкторской интуиции.
«Мы отказались от идеи заставлять детектор адаптироваться к рассогласованной антенне, мы оптимизируем геометрию антенны, чтобы представить профиль импеданса, который естественным образом взаимодействует с характеристиками детектора», — добавил Дмитрий Мыльников, научный сотрудник лаборатории оптоэлектроники двумерных материалов Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ.
В современном мире уже существуют широкополосные антенны терагерцового диапазона (улучшенные бабочковидные конструкции), однако они имеют низкий (около 50 Ом) и нестабильный импеданс в необходимом диапазоне частот. Разработанная антенна обеспечивает стабильное полное сопротивление (~400 Ом) во всем диапазоне частот, что на 40% эффективнее аналогов. Это значение обеспечивает надежное согласование сигнала между излучением, принятым антенной, и детектором. Хотя достигнутое сопротивление антенны 400 Ом и не доходило до требуемой отметки в единицы килоом, оно было обеспечено в сверхшироком частотном диапазоне от 100 гигагерц до 2 терагерц. Это дает возможность работы детектора сразу на нескольких частотах без ухудшения производительности, что критически важно для приложений в области сенсорики и связи.
«Сначала недостижимость желаемого значения импеданса в единицы килоом воспринималась нами пессимистично. Однако впоследствии мы оценили достоинства широкополосного согласования. Такие антенны — технически простая альтернатива аналогам с перестраиваемой чувствительностью. Более того, они дают возможность точно измерить терагерцовую чувствительность новых материалов «самих по себе», исключая артефакты неидеального согласования», — поделился Дмитрий Свинцов, заведующий лабораторией оптоэлектроники двумерных материалов Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ.
Предложенный подход обратного проектирования адаптируем к различным значениям импеданса, диапазонам частот и требованиям устройств. Это позволяет выйти за рамки универсальных конструкций и разработать оптимизированные решения под конкретные приложения.
«Мы верим, что эта работа открывает двери к новому классу инструментов электромагнитного проектирования, которые используют процедурную генерацию и продвинутые методы оптимизации», — отметили авторы.
Telegram 
Дзен 
VK Хотя лед кажется простым веществом, причина, по которой он настолько скользкий, до сих пор оставалась предметом споров. Недавно физики показали, что при движении по льду трение слегка нагревает его поверхность. Это приводит к образованию тончайшей пленки воды, которая действует как смазка. Некоторые детали этого механизма ученым еще предстоит уточнить.
В болоте на севере Германии, рядом с древнейшим в этих краях кремационным захоронением, нашли череп дикого тура, закрепленный на деревянном столбе. Археологи предположили, что находка проливает свет на сложные погребальные ритуалы охотников-собирателей эпохи раннего мезолита.
Необычная фасолевидная форма Хаумеа давно вызывает вопросы о ее внутреннем строении, а главное — о том, можно ли даже при достаточно больших размерах небесного тела считать его карликовой планетой. Астрономы нашли возможность решить этот вопрос с помощью наблюдений Хаумеа в момент необычного события — затмения ею звезды.
Хотя лед кажется простым веществом, причина, по которой он настолько скользкий, до сих пор оставалась предметом споров. Недавно физики показали, что при движении по льду трение слегка нагревает его поверхность. Это приводит к образованию тончайшей пленки воды, которая действует как смазка. Некоторые детали этого механизма ученым еще предстоит уточнить.
Отдельные аспекты полового поведения живых организмов порой могут оказывать огромное влияние на пищевые цепочки и целые экосистемы. Ученые на примере североамериканских рыб доказали, что агрессивное половое поведение их самцов может помочь в выживании зоопланктона.
Археологи обнаружили на стенах гробниц египетской знати в Долине царей надписи на древних индийских языках. Эти граффити оставили путешественники из Южной Азии, посещавшие Египет в начале первого тысячелетия нашей эры, когда он был провинцией Римской империи. Находки подтвердили, что Долина царей уже в те времена была популярным туристическим аттракционом.
В ноябре 2025 года при взлете российской ракеты с Байконура к МКС с существенной высоты упала кабина обслуживания 8У216. Поскольку в 2010-х годах из экономии средств у нас отказались от дублирования стартовых площадок, это создало ситуацию временной невозможности пилотируемых полетов. Теперь, всего через три месяца после происшествия, «Роскосмос» смог решить проблему, поставив запасную кабину обслуживания, найденную на складах Минобороны. Весенние пуски к МКС, запланированные ранее, теперь имеют шансы пройти в срок.
Одна сторона сыплет более дорогими и сложными баллистическими ракетами, другая — относительно дешевыми крылатыми. Но при этом первая на порядок беднее второй. А что у них с технологическим уровнем для наземной войны, и почему, кстати, глава второй избегает даже самого этого слова? Попробуем разобраться в реальных возможностях военных машин сторон потенциально самого опасного конфликта 2026 года.
В той части Пиренеев, которые находятся на территории Испании, исследователи обнаружили первые доказательства добычи золота в эпоху Римской империи. На месте древних рудников нашли сложные гидравлические сооружения и остатки водохранилища, возраст которых определили с помощью метода оптического датирования. Открытие прольет свет на инженерные приемы римлян и поставит точку в многолетнем споре: действительно ли римляне добывали золото в этом регионе.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно