یک سامانه آنتن جدید که از فناوری کدگذاری فضا زمان برای افزایش امنیت ارتباطات بی‌سیم ۶G بهره می‌برد، در حال توسعه است.

تلاش یک گروه پژوهشی به رهبری پروفسور چان چی-هو از دانشگاه شهری هنگ کنگ (CityU)، به ابداع یک آنتن خلاقانه و تغییر دهنده بازی منجر شده است. این اختراع انقلابی، امکان کنترل بی‌سابقه جهت، فرکانس و شدت انتشار پرتوی سیگنال آن را فراهم می‌کند. این آنتن علاوه بر این، برای برنامه‌های ارتباطی بی‌سیم ۶G مانند سنجش مرکز اشتراک و آنالیز اطلاعات (ISAC) و یکپارچه‌سازی ارتباطات بسیار ارزشمند است.

نقش کدگذاری فضا زمان (STC)

تغییر ویژگی‌ها و ساختار آنتن‌های سنتی پس از ساخته شدن تقریبا غیرممکن است. با این حال، کدگذاری فضا زمان می‌تواند جهت، فرکانس و دامنه امواج الکترومغناطیسی آنتن نسل جدید را تغییر دهد که به آنتن فراسطحی بدون باند جانبی (STC) معروف است. این ویژگی، امکان انعطاف‌پذیری زیادی را برای کاربران فراهم می‌کند.

این ویژگی انقلابی از فراسطح‌ها استفاده می‌کند که مواد فوق‌العاده نازک ویژه‌ای هستند که از بسیاری از فرا اتم‌های ریز ساخته شده‌اند. این کار را می‌توان با دستکاری جریان برای نیرو دادن به آن‌ها انجام داد تا فرا اتم‌ها را مانند آرایه‌ای از سوئیچ‌ها که پاسخ آن را در لحظه تغییر می‌دهند، بین حالت‌های تابشی و غیر تابشی تغییر داد.

آنتن فراسطحی STC می‌تواند امواج الکترومغناطیسی پیچیده را در حوزه‌های فضا و فرکانس با استفاده از کنترل نرم افزار، مهار و دستکاری کند. این کار آن را قادر می‌سازد تا یک پرتوی دقیقاً متناسب با هر الگوی تابشی دلخواه تولید کند.

ترکیب موفقیت آمیز دو پیشرفت

پروفسور چان چی هو، استاد مهندسی الکترونیک در CityU تأیید کرد که ابداع این آنتن، یک همکاری موفق از روش‌های کدگذاری فضا-زمان و آنتن‌های موج نشتی AM است.

در سال ۲۰۲۰، مفهوم آنتن‌های موج نشتی AM برای اولین بار توسط دکتر وو گنگ در CityU، یک دانشجوی پسادکترا پیشنهاد شد. این مفهوم یک روش تحلیلی را برای ایجاد آنتن‌هایی با الگو‌های انتشار لازم برای کاربرد‌های مختلف تنها با تغییر ساختار و فرم آنتن‌ها ارائه می‌دهد.

دکتر جونیان دای، متخصص برجسته در کدگذاری فضا-زمان و فراسطح‌های دیجیتال برای پیکربندی مجدد عملکرد آنتن، به گروه پژوهشی پروفسور کوی تیجون و چنگ کیانگ از پردیس نانجینگ دانشگاه جنوب شرقی پیوست. در همان زمان، دکتر دای به CityU که به بسیاری از مطالعات و اکتشافات پژوهشی معروف است، آمد و با پروفسور چان در دانشکده فناوری نوآوری دانش (SKIT) همکاری کرد.

مهارت وی بُعد جدید و هیجان انگیزی به پژوهش‌های آن‌ها داد. این آنتن‌های موج نشتی AM پس از ساخته شدن، ویژگی‌های تابشی ثابتی را نشان می‌دهند که اکنون به لطف کار نوآورانه او می‌توان به صورت پویا آن را تغییر داد.

پروفسور چان و گروهش از یک طرح جدید انقلابی پرده برداری کردند که استفاده از موج‌بَرها برای کنترل امواج الکترومغناطیسی در فراسطح‌ها است. موج‌بَر، ساختاری است که امواجی، چون امواج الکترومغناطیسی یا امواج صوتی را هدایت و منتقل می‌کند.

این پیشرفت، فرکانس‌های هارمونیک ناخواسته را که به آن «آلودگی طیف» گفته می‌شود، حذف کرد و در عین حال پرتوی هدایت آنتن را برای ارتباط امن افزایش داد. دانشمندان با بهره‌گیری از انعکاس بین دیواره داخلی، امکاناتی را در انتقال بی‌سیم ارائه کرده‌اند که قبلا ممکن نبود.

نقش مهم فناوری‌های STC و AM در ISAC برای ارتباطات بی‌سیم ۶G

دانشمندان با هر دوی این فناوری‌ها توانستند به ویژگی‌های تابش و تشعشع برگزیده دست یابند. این ویژگی‌ها را می‌توان با مدت زمان روشن-خاموش و توالی روی کلید‌های روی آنتن از طریق STC کنترل کرد.

نوآوری شگفت‌انگیز پروفسور چان از قدرت آنتن فراسطحی STC شبیه به رادار استفاده می‌کند و به آن اجازه می‌دهد انرژی خود را با فاصله کانونی قابل تنظیم یا ثابت در یک نقطه متمرکز کند.

این ویژگی می‌تواند در ISAC برای ارتباطات بی‌سیم ۶G نه تنها می‌تواند برای ایجاد هولوگرام‌های سه بعدی که به کاربران اجازه می‌دهد با تلفن‌های همراه خود با افراد دیگر به صورت رو در رو صحبت کنند، بلکه برای ایجاد محافظت برتر در برابر شنود نسبت به معماری فرستنده‌های سنتی استفاده شود.