Физики из Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ и Центра нейрофизики и нейроморфных технологий совместно с зарубежными коллегами разработали интеллектуальный алгоритм проектирования антенн для терагерцового диапазона. Новый подход позволяет создавать антенны, эффективно поглощающие излучение в сверхшироком диапазоне частот, что критически важно для будущих систем беспроводной связи шестого поколения (6G).
Терагерцовый диапазон частот (выше 100 ГГц) сегодня рассматривается как ключевой ресурс для передачи данных со скоростями более 100 Гбит/с. Однако практическое внедрение таких технологий упирается в ограничения аппаратной части — прежде всего в проблему согласования антенны и чувствительного элемента детектора.
Современные детекторы на основе двумерных материалов, таких как графен и черный фосфор, обладают высоким электрическим сопротивлением — от единиц до десятков килоом. При этом типовые антенны имеют импеданс порядка 50 Ом. Такое несоответствие приводит к потерям сигнала, сужению рабочего диапазона и росту шумов. Чтобы преодолеть этот разрыв, исследователи применили метод обратного проектирования. Вместо подбора формы антенны из известных геометрий алгоритму заранее задали целевые параметры — требуемый импеданс и ширину полосы пропускания. На основе этих условий программа автоматически сгенерировала оптимальные формы антенн, собирая их из набора металлических «пикселей».
Ключевое отличие подхода заключается в том, что алгоритм не ограничен заранее заданными типами конструкций. Он самостоятельно формирует геометрию антенны, ориентируясь исключительно на физические требования задачи. В результате были получены формы, которые сложно или невозможно было бы предложить в рамках традиционного инженерного проектирования.
Разработанные антенны обеспечивают стабильный импеданс порядка 400 Ом в диапазоне от 100 ГГц до 2 ТГц, что примерно на 40% эффективнее существующих широкополосных аналогов. Хотя достигнутое сопротивление ниже, чем у детекторов на основе двумерных материалов, его стабильность в сверхшироком диапазоне делает такие антенны универсальными и удобными для практических применений. Авторы отмечают, что широкополосное согласование позволяет использовать детекторы сразу на нескольких частотах без потери чувствительности. Это особенно важно для систем беспроводной связи, сенсорики и межчиповой коммуникации, где требуется работа в динамически меняющихся условиях.
Предложенный метод обратного проектирования легко адаптируется под различные диапазоны частот и требования к импедансу, открывая путь к созданию специализированных антенн под конкретные задачи. По мнению исследователей, такой подход может стать основой нового поколения инструментов электромагнитного проектирования, востребованных в телекоммуникациях и наноэлектронике.
Ранее мы рассказывали, что В России запустили первую линию производства катодных материалов для аккумуляторов.
