Интеллектуальная отражающая поверхность миллиметрового волнового диапазона для систем связи нового поколения

На сегодняшний день сети связи пятого поколения (5G) уже достигли стадии коммерческой реализации. С целью дальнейшего увеличения скоростей и надежности передачи данных научное сообщество и промышленность сконцентрированы на разработках технологий для сетей связи шестого поколения (6G). Одной из активно развивающихся технологий является интеллектуальная отражающая поверхность (IRS), позволяющая существенно улучшить качество связи в случае блокировки линии прямой видимости между передатчиком и приемником. Использование IRS позволяет существенно снизить энергопотребление при передаче данных в сравнении с использованием технологии связи с множеством входов и множеством выходов (MIMO). В общем случае IRS представляет собой матрицу электрически управляемых элементов, используемых для локальной подстройки фазы падающей волны. В случае 1-битного разрешения по сдвигу фазы при отражении волны, когда каждый элемент IRS имеет только два состояния +0 и +180 градусов, может наблюдаться заметное снижение направленности отраженного пучка из-за присутствия существенных фазовых ошибок. Увеличение фазового разрешения позволяет улучшить характеристики IRS, но приводит к увеличению сложности и стоимости ее изготовления. Оптимальное сочетание цена-качество для IRS достигается при использовании в ее составе элементов с 2-битным фазовым разрешением. На сегодняшний день в литературе представлено лишь несколько работ по IRS с 2-битным фазовым разрешением элементов, и нет работ по данным устройствам с рабочими частотами выше 30 ГГц. Таким образом, открытым остаётся вопрос о возможности использования существующих конструкций IRS с 2-битным фазовым разрешением элементов на частотах выше 100 ГГц в силу необходимости существенной миниатюризации. Новизна настоящего проекта связана с проектированием, изготовлением и измерением характеристик IRS с центральной рабочей частотой 140 ГГц. Ключевой элемент IRS (фазовращатель) будет представлять собой патч-антенну, в металлизации экрана которой реализована крестообразная щелевая структура. Распределение токов в окрестности щелевой структуры задается конфигурацией интегрированных с ней диодных ключей и определяет сдвиг фазы при отражении миллиметровой волны. В свою очередь, угол отражения от IRS определяется конфигурацией фазовращателей в ее составе. В рамках проекта будут разработаны конструкции матриц фазовращателей с 1- и 2-битным фазовым разрешением, обеспечивающие эффективное управление профилем отраженного от IRS пучка. Будут также сформулированы требования к модификации разработанных технологий для создания 3GPP-совместимой IRS для систем и сетей связи 6G.