فرامَواد و تجارت میلیارد دلاری در مخابرات نسل 6
شرکت IDTechEx گزارشی جدید با عنوان «الکترومغناطیس بازارهای فراماده[1] و فراسطح[2] 2022 تا 2042» منتشر کرده که مروری عمیق بر بازار فرامواد دارد. فرامواد، ساختارهایی با الگوهای تکرارشونده[3]هستند که قابلیت کنترل تشعشع و ورودیهای دیگر را بهشکلی که قبلا غیرممکن بوده، ایجاد میکنند. این ورودیها اغلب بهصورت الکترومغناطیسی هستند ولی میتوانند منشأهای مکانیکی یا آکوستیکی نیز داشته باشند. بهعنوان نمونه، ارتباطات برنامهریزیشده نسل ششم مخابراتی 6G در فرکانسهای تراهرتز، نمیتواند این سیگنالها را بدون استفاده از فراسطحهای مبتنی بر فرامواد، حتی روی دیوارهای محیط داخل[4]، به شما برساند.
در مقدمه این گزارش، اصول و پایههای فرامواد به همراه مثالهای فراوان برای کاربردهای مخابرات نسلهای پنجم 5G و ششم 6G شرح داده شده است. بهعنوان نمونه، اهمیت سطوح هوشمند قابل ترکیببندی مجدد[5] و شکلدهی پرتو[6] سهبُعدی.
امروزه، فرکانسهای چند 10 گیگاهرتز مایکروویو به دلیل داشتن کاربرد در مخابرات نسل پنجم، رادارهای خودران، خودروهای بدون سرنشین و سایر تکنولوژیهای نوظهور، بسیار مورد توجه هستند. در ساختار فراماده، هر الگوی تکراری یک متا – اتم نامیده میشود؛ زیرا در حالتی که در حدود یکدهم طول موج دستکاری[7] میشود، رفتاری مانند اتم از خود نشان میدهد (به شکل 1 دقت شود). بهعنوان نمونه، میتوان با دستکاری در ساختار ماده، به ضرایب گذردهی[8] و نفوذپذیری[9] مغناطیسی منفی دست یافت که با استفاده از آنها میتوان به ضریب شکست منفی برای ساختار رسید. از جمله کاربردهای آن میتوان به قابلیت ایجاد انحنا در مسیر انتشاری نور اشاره کرد. شکل 2، نمونهای از ساختار فراماده را در باند فرکانسی تراهرتز نشان میدهد.
از دیگر قابلیتهای این ساختارها، میتوان به این نکته اشاره کرد که ادوات فعال مانند دیودها و ترانزیستورها را میتوان داخل و یا پشت هر الگوی تکرارشونده قرار داد و این امر موجب افزایش کارایی ساختار برای کاربردهای خاص مانند بهبود بیم انتشاری و یا هوشمندسازی بیم و متمرکز کردن آن روی گوشی تلفن همراه و یا حتی بالا بردن توان آن هنگام استفاده از گوشی تلفن همراه، میشود.
مخابرات نسل ششم در سالهای آینده به چنین فراسطوحی روی ساختمانها و داخل دیوارهای درون ساختمان نیاز دارد. با اینها، نیاز به ادوات فعال مانند دیودها و ترانزیستورهای بهبود داده شده در کنار هر الگو و نیازمندیهای این ادوات نیز باید در نظر گرفته شود.
کسبوکارهایی که در آنها فرامواد و فراسطوح به کار رفتهاند در حال تبدیلشدن به کارزارهای میلیارد – دلاری هستند. کسبوکارها شامل مواردی هستند که از این ساختارها برای اسکنرهای امنیتی خود و یا کاربردهای پزشکی استفاده میکنند. فعالیت شرکتها و افراد محقق روی این ساختارها روزبهروز در حال گسترش بوده و نیاز به توسعه تئوریهای بهینه، بیشازپیش احساس میشود.
شکل 1: نمونهای از فراماده با ساختارهای متا-اتم
شکل 2: یک نمونه از فراماده ترا هرتز
منابع
[1] https://www.idtechex.com
پینوشت
[1] Metamaterial
[2] Metasurface
[3] Repetitive patterns
[4] Indoor
[5] Reconfigurable intelligent surface
[6] Beamforming
[7] Manipulated
[8] Permittivity
[9] Permeability
