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 От рыб произошли все наземные позвоночные, включая нас, но как именно рыбы стали главным населением морей — до последнего времени оставалось неясным. Авторы новой научной работы попытались доказать, что причиной этого было вымирание, возможно, вызванное белыми ночами.
На юге Африки ученые обнаружили коллекцию небольших каменных стрел. С виду — обычные артефакты древнего человека. Но современные технологии позволили выявить их смертельный секрет. Эти наконечники, которым почти 60 тысяч лет, сохранили следы яда. Авторы нового исследования пришли к выводу, что древние охотники стали использовать яды намного раньше, чем считала наука.
Вопрос о том, можно ли считать чрезмерное увлечение физическими упражнениями аддиктивным поведением, остается дискуссионным. Ученые из Италии и Испании выяснили, что сильнее всего к такому компульсивному поведению склонны люди с чертами перфекционизма.
На юге Африки ученые обнаружили коллекцию небольших каменных стрел. С виду — обычные артефакты древнего человека. Но современные технологии позволили выявить их смертельный секрет. Эти наконечники, которым почти 60 тысяч лет, сохранили следы яда. Авторы нового исследования пришли к выводу, что древние охотники стали использовать яды намного раньше, чем считала наука.
Ученые десятилетиями ищут кости мамонтов, которые, по данным генетиков, могли дожить на материке до бронзового века. Очередная потенциальная находка с Аляски, считавшаяся остатками мамонтов, после проверки оказалась костями китов, умерших около двух тысяч лет назад.
От рыб произошли все наземные позвоночные, включая нас, но как именно рыбы стали главным населением морей — до последнего времени оставалось неясным. Авторы новой научной работы попытались доказать, что причиной этого было вымирание, возможно, вызванное белыми ночами.
На скалистых берегах аргентинской Патагонии разворачивается настоящая драма. Магеллановы пингвины, долгое время чувствовавшие себя в безопасности на суше в своих многотысячных колониях, столкнулись с новым и беспощадным врагом. Их извечные морские страхи — касатки и морские леопарды — теперь блекнут перед угрозой, пришедшей из глубины материка. Виновник переполоха — грациозный и мощный хищник, недавно вернувшийся на эти земли после долгого изгнания.
Среди самых интригующих открытий космического телескопа «Джеймс Уэбб» — компактные объекты, получившие название «маленькие красные точки». Их видели только в самых дальних уголках Вселенной. Большинство возникло в первый миллиард лет после Большого взрыва, и ученые предполагали, что такие источники представляют собой небольшие компактные галактики. Однако международная команда астрономов пришла к иному выводу. Они предположили, что на самом деле «маленькие красные точки» — черные дыры, окруженные массивной газовой оболочкой.
Ученые задались вопросом: почему два расположенных по соседству спутника Юпитера такие разные, ведь на Ио повсеместно извергаются вулканы, а Европа полностью покрыта многокилометровой коркой льда. Есть версия, что Ио когда-то тоже была богата водой, но по итогам недавнего исследования это сочли неправдоподобным.
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