XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

ВВЕДЕНИЕ

В данной статье будет определение, особенности и свойства отрицательных сред, их метод получения и место использования.

Создание отрицательных сред. Метаматериалы

Отрицательные среды – совокупность объектов, обладающих особыми значениями физических параметров, как, например, отрицательная по величине диэлектрической и магнитной проницаемостью. Такие среды являются сложно достижимыми технологически, либо не встречаются в природе.

Основным методом получения таких сред является использование метаматериалов – особых композиционных материалов, свойства которых проявляются из-за искусственно созданной периодической структуры. Основным качеством таких материалов является отрицательный коэффициент преломления, который достигается при единовременном отрицательности магнитной и диэлектрической проницаемости.

Основой эффекта является уравнение электромагнитных волн в изотопной среде, полученной из теории Максвелла:

, где:

– волновой вектор

– частота волны

– скорость света

– квадрат показателя преломления

Использование антенн из метаматериалов

Используя метаматериалы для создания антенн, можно добиться крайне полезных эффектов. Так, антенна из метаматериалов будет иметь большую мощность по сравнению с обычной антенной. Обычные антенны, которые малы по сравнению с длиной волны, отражают большую часть сигнала обратно к источнику, в то время как использование метаматериалов меняет структуру так, что антенна ведет себя как значительно большая по сравнению с фактическим размером. Новая структура имеет свойство накапливать и повторно излучать энергию. Кроме того, использование таких антенн могут предоставлять улучшенную изоляцию между радиочастотами и микроволновых каналах антенных систем MIMO (multiple input multiple-output)

Данный класс антенн также могут широко использовать в таких задачах, как беспроводная связь, космическая связь, спутники и навигация в пространстве.

Системы MIMO и перспективы их использования.

MIMO – перспективная антенная технология для беспроводной связи, использующая несколько антенн как в передатчике, так и в приемнике. Антенны на концах цепи объединены ради минимизации ошибок и улучшения пропускной способности радиопередачи, так как данные могут передаваться по нескольким путям сигнала одновременно.

Данная технология уже активно используется в повседневной жизни, так, например, технология является базовой для четвертого поколения мобильной связи, которое позволяет осуществлять передачу данных со скоростью, превышающей 100 Мбит/c для мобильных пользователей.

Однако, MIMO продолжает набирать обороты за счет использования в отрасли беспроводных сигналов, так как все сводится к увеличению количества антенн, сетей и устройств. Начало внедрения технологии 5G (пятого поколения мобильной связи) – яркий тому пример.

Технология пятого поколения мобильной связи использует множество небольших антенн для увеличения пропускной способности и скорости передачи данных. Кроме того, новые системы поддерживают большее количеств пользователей на одну антенну. Еще одним нововведением является использование дуплексного канала с временным разделителем вместо частотного. Различие между двумя методами представлены в таблице ниже.

	Различие между дуплексным каналом с частотным и временным разделителем
Обобщен­ная схема	Передатчик	Защищенный диапазон	Приемник		Передатчик и приемник	Передатчик и приемник	Передатчик и приемник
Краткое описание	При использовании дуплексного канала с частотным разделителем, различные частоты разбиты в пары из передатчиков и приемников с разделением защитным диапазоном для предотвращения их интерференции				При использовании дуплексного канала с временным разделителем сигнал отправляется и принимается на одной частоте, однако пересылка разделяется по времени, что позволяет расширить пропускную способность и увеличить количество пользователей

Способности нового поколения сетей можно продемонстрировать сравнением сетей четвертого (4G) и пятого (5G) поколений, приведенным в таблице ниже.

Характеристика	4G	5G
Пиковая скорость	~1Гбит/c	>10Гбит/c
Средняя скорость	15Мбит/c	~100Мбит/c
Средняя задержка	50мс	<5мс
Поддержка мобильности	~400км/ч	>500км/ч

Список литературы:

Веселаго В.Г. «Электродинамика материалов с отрицательным коэффициентом преломления» УФН, № 3, (2003).

И.Б. Вендик, О.Г. Вендик. Метаматериалы и их применение в технике сверхвысоких частот // Журнал технической физики (2013)

В. Слюсар. Метаматериалы в антенной технике: история и основные принципы // Электроника НТБ (2009)

Сперанский В. С., Евдокимов И. Л. Моделирование сигналов OFDM-MIMO систем беспроводной передачи данных 802.16, Труды Московского технического университета связи и информатики (2007)

Бакулин М. Г., Варукина Л. А., Крейнделин В. Б. Технология MIMO: принципы и алгоритмы. (2014)

Код для цитирования: Скопировать