什么是元表面？他们与5G有什么关系？

5G技术带来了一系列基础设施和设计方面的挑战。由于5G的频带比前几代更高，它可能会在测距方面遇到困难，尤其是在有障碍物的情况下。

本周，日本京瓷公司宣布了一项新的透射超表面技术，该技术有可能提高5G技术的传播性和范围。

 

透明透射超表面的原型。图片由京瓷提供

 

在这篇文章中，我们将讨论5G、元表面技术的范围挑战，以及京瓷新开发的潜力。

 

5G传输的问题

与前几代无线技术相比，5G在范围和传输性方面有着独特的困难。这在很大程度上是由于5G在比前几代更高的频带中运行。

根据基本路径损耗方程的定义，波的频率越高，信号的路径损耗（即衰减）就越大。在相同的传输功率下，5G无线电波固有地会比低频无线电波到达更短的距离。

 

路径损耗方程显示了路径损耗和信号频率之间的直接比例关系。图片由CAS数据记录器提供

 

此外，更高的频带导致5G信号表现出高度“直线”的传播性质，即直线传播。这带来了一个重大问题，因为在直线传输路径中几乎总是有建筑物或树木等障碍物。这些障碍物进一步衰减了传播的信号。

因此，5G经历了更大的固有路径损耗，并且由于其直线性，更可能遇到与阻塞相关的损耗。

 

Metasurfaces如何扩展5G范围

用于改善5G信号传输的一种技术是元表面。

金属表面是一种光学技术，由人类在平面顶部设计的亚波长间隔光学散射体阵列组成。这些阵列可以起到透射或反射入射光的作用，以聚焦和操纵入射光，以及其他形式的波操纵。利用纳米制造技术，如今的超表面可以与毫米波、微波和可见光一起工作。

 

超材料可以用来选择性地控制波。图像由RIKEN和与科学网

 

在5G的背景下，反射超表面已被用作操纵和控制无线电波传输路径的一种方式。其想法是，反射超表面可以帮助引导入射的5G波，以避开障碍物，降低整体衰减并扩大范围。

然而，反射超表面的一个挑战是，它们在操纵5G波时提供的分辨率历来非常有限。通常，反射超表面无法将光控制在足够小的角度，从而在波的反射方向上实现高水平的方向性。

 

京瓷的透射元表面

本周，京瓷公司宣布开发了一种新技术，可以改善反射超表面。

这项新技术是一种透射超表面，它吸收入射光并通过发送没有将其反射到所需方向的光。京瓷公司声称，其透射超表面可以以比以前更小的角度重定向入射波，从而对重定向波进行更精细的控制。

 

京瓷公司声称其新技术是对反射超表面的改进。图片由京瓷提供

 

京瓷表示，这项新技术提供了一种专有的柔性尺寸开发，其中元表面的透射面积与元表面本身的尺寸成比例。通过这种方式，京瓷可以开发任何尺寸的透射超表面，使其能够满足比其他解决方案更多的应用和环境。

 

扩大5G和6G覆盖范围

虽然似乎没有学术或同行评审的论文支持和详细描述这项技术，但京瓷公司的说法可能会产生重大影响。一种引导信号和避免障碍物的新方法可能会提高5G范围及更远的信号范围。