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La bande de fréquences 26 GHz a été récemment attribuée aux nouvelles communications mobiles 5G à ondes millimétriques afin de fournir un débit de données multi-gigabits/s. Il a été prévu que des systèmes d’antennes à direction de faisceau hautement directifs soient déployés dans les réseaux 5G pour fournir le débit de données promis. Cependant, les technologies d’orientation de faisceau d’antenne existantes héritent de contraintes sévères qui doivent être surmontées avant de pouvoir être utilisées dans les communications mobiles à ondes millimétriques.
Par exemple, les antennes d’orientation de faisceau analogiques et numériques à ondes millimétriques souffrent d’inconvénients tels qu’un faible gain de multiplexage spatial, une faible efficacité et une complexité accrue du système. La formation de faisceau hybride combine les avantages des techniques d’orientation de faisceau numériques et analogiques pour atténuer certaines des contraintes, mais dégrade les performances de l’antenne et augmente la complexité globale du système.
Conçue par des chercheurs l’École d’ingénieurs de l’Université de Birmingham, la technologie a démontré de vastes améliorations dans l’efficacité de la transmission de données à des fréquences allant sur le spectre des ondes millimétriques, en particulier celles identifiées pour la 5G (mmWave) et la 6G, où une efficacité élevée n’est actuellement réalisable qu’en utilisant des solutions d’antenne lentes à direction mécanique. Pour les applications 5G mmWave, les prototypes de l’antenne d’orientation de faisceau à 26 GHz ont montré une efficacité de transmission de données sans précédent. Les modèles actuels montrent que la technologie de direction de faisceau peut être capable d’une efficacité de 94 % à 300 GHz. La technologie peut également être adaptée pour une utilisation dans les communications de véhicule à véhicule, de véhicule à infrastructure, de radar de véhicule et de satellite, ce qui la rend idéale pour une utilisation de nouvelle génération dans les applications automobiles, radar, spatiales et de défense.
L’appareil est entièrement compatible avec les spécifications 5G existant actuellement et utilisées par les réseaux de communication mobile. De plus, la nouvelle technologie ne nécessite pas les réseaux d’alimentation complexes et inefficaces requis pour les systèmes d’antenne couramment déployés, mais utilise à la place un système de faible complexité qui améliore les performances et est simple à fabriquer.
De la taille d’un iPhone, la technologie utilise un métamatériau, fabriqué à partir d’une feuille de métal avec un réseau de trous régulièrement espacés de quelques micromètres de diamètre. Un actionneur contrôle la hauteur d’une cavité dans le métamatériau, délivrant des mouvements micrométriques, et, selon sa position, l’antenne contrôlera la déviation du faisceau d’une onde radio “concentrant” efficacement le faisceau en un signal hautement directif, et puis “redirigeant cette énergie comme souhaité”, tout en augmentant l’efficacité de la transmission.
L’équipe développe et teste actuellement des prototypes à des fréquences plus élevées et dans des applications qui vont au-delà des communications mobiles 5G. L’University of Birmingham Enterprise a déposé une demande de brevet pour cette technologie d’antenne à orientation de faisceau de nouvelle génération et recherche des partenaires industriels pour une collaboration, le développement de produits ou l’octroi de licences.
