Электромагнитные устройства для систем связи шестого поколения, изготовленные с помощью аддитивных технологий

Современные телекоммуникационные системы стабильно идут к увеличению рабочей частоты и соответствующему уменьшению пространственных размеров элементной базы. В настоящий момент технологии беспроводной связи пятого поколения (5G) активно модернизируются так, что обработка и хранение больших массивов информации устройствами компенсируются сравнительно высокими пропускными способностями каналов связи. Для технологий Интернета Вещей (ИВ) и Интернета Маленьких Вещей (ИМВ) характерен непрерывный информационный обмен между большим количеством устройств, для которых уже не хватает возможностей существующих систем стандартов 3, 4 и 5G. В данном проекте будут разработаны миниатюрные волноведущие и излучательные элементы систем телекоммуникации следующего поколения с центральной частотой ~90 ГГц. Закономерным продолжением современных систем связи становятся системы шестого поколения (6G), характерной чертой которых является малый геометрический размер (десятки миллиметров) антенн и отражательных элементов, волноведущих структур и других. Следствием малого размера являются высокие требования к качеству поверхности таких элементов и точности соблюдения всех геометрических размеров. Антенны пятого поколения всё ещё могут быть изготовлены при помощи простых операций изгиба, резки и пайки, поскольку все неравномерности данных методов существенно меньше характерных размеров таких антенн и мало влияют на их электродинамические показатели (коэффициент полезного действия, диаграмма направленности, коэффициент отражения и другие). В то же время для антенн шестого поколения требуются новые более точные способы изготовления, учитывающие особенности стандарта передачи данных, а именно возросшие рабочие частоты. На данный момент в мире не существует готовой отработанной технологии производства, позволяющей изготавливать антенны 6G с близкими к требуемым показателями точности. Существуют наработки по нанометровому выращиванию антенн, сходных с 6G-антеннами размеров, на кремниевых кристаллах в мобильных телефонах и вычислительной технике. Однако такое производство является мелкосерийным и очень дорогим, а вследствие близости больших объёмов диэлектрических подложек с потерями, КПД таких антенн сравнительно невысок. Кроме того, данная технология принципиально неприменима к изготовлению отражателей, размерами в несколько длин волн. Следовательно, большую актуальность приобретают перспективные методы изготовления миллиметровых устройств формата 6G на базе предприятий Российской Федерации. В качестве такого метода в рамках данного проекта предлагается использовать аддитивный метод, состоящий из а) изготовления каркаса антенны из полимерно-металлического композита методами фотополимерной 3D-печати и холодного литья и б) последующей селективной металлизации данного каркаса. Фотополимерная печать и холодное литьё обеспечивают высокую точность изготовления каркаса (до 10 мкм), а селективная металлизация позволяет покрыть каркас равномерным слоем металла и, опционально, дополнительно уменьшить шероховатость. В настоящее время устройства с высокой точностью печати становятся более дешевыми, однако расходные материалы (смолы и фотополимеры) являются доступными для повсеместного использования. Такие принтеры позволяют воспроизводить рассчитанную модель антенны с точностью до 10 микрон, что может позволить применять напечатанные антенны вплоть до единиц терагерц. Предполагается, что антенны и отражатели, изготовленные таким образом, способны осуществлять приёмо-передачу сигналов в технологических стандартах связи 6G с высокой.