Команда исследователей сделала прорывное открытие в мире передачи сигнала Beyond 5G/6G (B5G/6G). Таку Накадзима и Кадзудзи Сузуки из Нагойского университета в Японии вместе со своими сотрудниками создали волновод из ниобия, который ускоряет передачу сигналов B5G/6G. Исследователи опубликовали свои выводы в журнале Journal of Physics: Серия конференций.

Частота передачи данных продолжает увеличиваться по мере внедрения технологий B5G/6G. Хотя используемые в настоящее время металлические линии передачи могут работать с B5G/6G, исследования были сосредоточены на сверхпроводящих металлах, таких как ниобий, которые имеют меньшие потери при передаче и могут работать на более высоких частотах.

Накадзима и его коллеги оценили использование ниобия в волноводе – трехмерной линии передачи, состоящей из металлической трубки, которая направляет и ограничивает волны по определенному пути, сводя к минимуму потери из-за излучения и поглощения. Однако работа с металлом оказалась сложной, поскольку он был подвержен деформации и повреждениям при изготовлении и обращении с ним.

“Создать физическую модель волновода было очень сложно. Сначала было вообще невозможно обработать его с какой-либо точностью”, – сказал Накадзима. В результате их первой резки появился фрезерный заусенец – нежелательный выступ металла. “Мы пытались найти наилучший режущий инструмент и параметры резания и в конечном итоге пришли к выводу, что лучше всего подходят алмазоподобные инструменты с углеродным покрытием. Этот процесс проб и ошибок занял несколько месяцев”.

Используя свой метод, исследователи изготовили прямоугольные волноводы, которые могут передавать радиоволны в диапазоне 100 ГГц, необходимые для связи B5G/6G. Они сравнили проводимость своего ниобиевого волновода с проводимостью обычных несверхпроводящих волноводных материалов: позолоченного сплава теллура с медью и алюминием.

Они проводили испытания как при комнатной температуре, так и при низких температурах, поскольку характеристики сверхпроводящих металлов изменяются при охлаждении, переходя в так называемое сверхпроводящее состояние, которое характеризуется низким электрическим сопротивлением.

“Как и ожидалось, мы обнаружили, что проводимость улучшается по мере снижения температуры металла, что приводит к снижению потерь в цепи”, – сказал Накадзима.

“Используя моделирование электромагнитного поля, мы рассчитали электропроводность и потери при пропускании каждого металла. Проводимость ниобия в сверхпроводящем состоянии была в 1000-10 000 раз выше, чем у алюминиевого сплава. Кроме того, было подсчитано, что потери на пропускание ниобия в сверхпроводящем состоянии составляют несколько десятых от потерь других металлов. Эти два фактора способствуют созданию высококачественной и высокоточной коммуникационной среды”.

Результаты этого исследования имеют важные последствия для использования их технологии для связи B5G/6G. По словам Накадзимы, “Применяя результаты этого исследования, беспрецедентная сверхчувствительная приемная система может быть реализована в приемниках радиотелескопов для астрономических наблюдений, где уже широко используются волноводные схемы, и в оборудовании для измерения состояния окружающей среды в атмосфере Земли”.

“Это откроет новые области научных наблюдений с использованием высокочастотных радиоволн, таких как наблюдение за очень далекими галактиками в ранней Вселенной, которые излучают только очень слабые радиоволны, или мониторинг изменений в следовых составляющих атмосферы в верхних слоях атмосферы Земли”.

В дополнение к Накадзиме и Судзуки из Института космических исследований окружающей среды Земли (ISEE) при Университете Нагои, в число соавторов вошли исследователи из Национальной астрономической обсерватории Японии, Kawashima Manufacturing Co. и Национального института информационных и коммуникационных технологий.