ทีมงานที่นำโดยนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยกลาสโกว์ได้พัฒนาเสาอากาศสื่อสารไร้สายที่เป็นนวัตกรรมใหม่ที่ผสมผสานคุณสมบัติเฉพาะของวัสดุ metamaterial เข้ากับการประมวลผลสัญญาณที่ซับซ้อนเพื่อมอบประสิทธิภาพสูงสุดใหม่
ในบทความที่ตีพิมพ์ใน IEEE Open Journal ของเสาอากาศและการขยายพันธุ์ในหัวข้อ “เสาอากาศเมตาเซอร์เฟสแบบไดนามิกที่สามารถตั้งโปรแกรมได้ (DMA) ขนาด 60 GHz สำหรับแอปพลิเคชันการสื่อสาร การตรวจจับ และการถ่ายภาพยุคใหม่: จากแนวคิดไปจนถึงต้นแบบ” นักวิจัยได้แสดงการพัฒนาเสาอากาศเมตาเซอร์เฟสแบบไดนามิกที่ใช้โค้ดดิจิทัลหรือ DMA ซึ่งควบคุมผ่านเสาอากาศสูง -อาร์เรย์เกทที่ตั้งโปรแกรมฟิลด์ได้ความเร็ว (FPGA)
DMA ของพวกเขาเป็นตัวแรกในโลกที่ออกแบบและสาธิตที่ความถี่การทำงานของแถบคลื่นมิลลิเมตร (mmWave) 60 GHz ซึ่งเป็นส่วนของสเปกตรัมที่กฎหมายระหว่างประเทศสงวนไว้สำหรับใช้ในการใช้งานทางอุตสาหกรรม วิทยาศาสตร์ และการแพทย์ (ISM)
ความสามารถของเสาอากาศในการทำงานในย่านความถี่ mmWave ที่สูงกว่าสามารถช่วยให้เสาอากาศกลายเป็นชิ้นส่วนสำคัญของฮาร์ดแวร์ในสาขาเสาอากาศ metasurface ขั้นสูงที่ยังคงพัฒนาอยู่
โดยสามารถช่วยให้เครือข่าย 6G ในอนาคตส่งมอบการถ่ายโอนข้อมูลที่รวดเร็วเป็นพิเศษพร้อมความน่าเชื่อถือสูง รับประกันบริการคุณภาพสูงและการเชื่อมต่อที่ราบรื่น และเปิดใช้งานแอปพลิเคชันใหม่ในการสื่อสาร การตรวจจับ และการสร้างภาพ
การทำงานความถี่สูงของ DMA เกิดขึ้นได้ด้วยวัสดุ metamaterials ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ ซึ่งเป็นโครงสร้างที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมอย่างระมัดระวังเพื่อเพิ่มความสามารถในการโต้ตอบกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในลักษณะที่เป็นไปไม่ได้ในวัสดุที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ
DMA ใช้องค์ประกอบ metamaterial ที่ได้รับการออกแบบมาเป็นพิเศษและปรับแต่งได้อย่างเต็มที่ ซึ่งได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมอย่างระมัดระวังเพื่อจัดการกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านการควบคุมซอฟต์แวร์ ทำให้เกิดเสาอากาศคลื่นรั่วระดับขั้นสูงที่สามารถดำเนินการที่กำหนดค่าความถี่สูงใหม่ได้
ต้นแบบขนาดเท่าไม้ขีดไฟใช้การเชื่อมต่อความเร็วสูงพร้อมการควบคุมองค์ประกอบ metamaterial แต่ละรายการแบบขนานพร้อมกันผ่านการเขียนโปรแกรม FPGA DMA สามารถสร้างลำแสงการสื่อสารและสร้างลำแสงหลายลำได้ในคราวเดียว โดยสลับในหน่วยนาโนวินาทีเพื่อให้แน่ใจว่าการครอบคลุมของเครือข่ายยังคงมีเสถียรภาพ
ศาสตราจารย์ Qammer H. Abbasi ผู้อำนวยการร่วมของ Communications, Sensing and Imaging Hub ของมหาวิทยาลัยกลาสโกว์ เป็นหนึ่งในผู้เขียนหลักของรายงานฉบับนี้ เขากล่าวว่า "ต้นแบบที่ได้รับการออกแบบอย่างพิถีพิถันนี้เป็นการพัฒนาที่น่าตื่นเต้นมากในด้านเสาอากาศแบบปรับได้รุ่นต่อไป ซึ่งก้าวกระโดดไปไกลกว่าการพัฒนาที่ล้ำหน้าก่อนหน้านี้ในเสาอากาศที่ตั้งโปรแกรมได้แบบกำหนดค่าใหม่ได้
“ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา DMA ได้รับการสาธิตโดยนักวิจัยคนอื่นๆ ทั่วโลกด้วยคลื่นไมโครเวฟ แต่ต้นแบบของเรากลับผลักดัน เทคโนโลยี ยิ่งไปกว่านั้น ในย่าน mmWave ที่สูงกว่า 60 GHz นั่นทำให้มันเป็นก้าวสำคัญที่อาจมีคุณค่ามากต่อกรณีการใช้งานเทคโนโลยี 6G ใหม่ๆ และอาจปูทางไปสู่การทำงานที่มีความถี่สูงกว่าในช่วงเทราเฮิร์ตซ์”
ความสามารถของการออกแบบ DMA สามารถนำไปใช้ในการติดตามและดูแลผู้ป่วย ซึ่งสามารถช่วยตรวจสอบสัญญาณชีพของผู้ป่วยได้โดยตรงและติดตามการเคลื่อนไหวของพวกเขา
นอกจากนี้ยังสามารถเปิดใช้งานอุปกรณ์ตรวจจับและการสื่อสารแบบบูรณาการที่ได้รับการปรับปรุงเพื่อใช้ในเรดาร์ความละเอียดสูง และเพื่อช่วยให้ยานพาหนะที่เป็นอิสระเช่นรถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยตนเองและโดรนสามารถค้นหาเส้นทางได้อย่างปลอดภัยบนถนนและในอากาศ
ความเร็วการถ่ายโอนข้อมูลที่ได้รับการปรับปรุงสามารถช่วยสร้างภาพโฮโลแกรมได้ ทำให้สามารถฉายภาพบุคคลและวัตถุโมเดล 3 มิติที่น่าเชื่อถือได้ทุกที่ในโลกแบบเรียลไทม์
ดร. มาซูด อูร์ เรห์มาน จากมหาวิทยาลัยกลาสโกว์ คณะวิศวกรรมศาสตร์เจมส์ วัตต์ ซึ่งเป็นผู้นำด้านการพัฒนาเสาอากาศ กล่าวว่า "6G มีศักยภาพที่จะส่งมอบผลประโยชน์ที่เปลี่ยนแปลงไปทั่วทั้งสังคม การออกแบบเสาอากาศความถี่สูงอัจฉริยะและปรับเปลี่ยนได้สูงของเราอาจเป็นหนึ่งในรากฐานทางเทคโนโลยีของเสาอากาศ mmWave รุ่นต่อไปที่กำหนดค่าใหม่ได้ การควบคุมลำแสงที่ตั้งโปรแกรมได้และการปรับรูปร่างลำแสงของ DMA สามารถช่วยในการสร้างภาพโฮโลแกรม mmWave ที่มีความละเอียด รวมถึงการสื่อสารระยะใกล้รุ่นถัดไป การโฟกัสลำแสง และการถ่ายโอนพลังงานแบบไร้สาย
“เราจะทำงานต่อการขยายการออกแบบนี้ในอนาคตอันใกล้นี้เพื่อมอบประสิทธิภาพเสาอากาศที่ยืดหยุ่นและหลากหลายมากขึ้น และยังคงเล่นในส่วนของเราต่อไปเพื่อตอบสนองความต้องการของโลกอัจฉริยะที่เชื่อมต่อกันมากขึ้นของเรา”