Ученые НИЦ телекоммуникаций МФТИ, ИТМО и технологической компании «Мэтрикс вейв» (резидент «Сколково») ведут разработку принципиально нового вида антенн, предназначенного для использования в перспективных отечественных системах телекома. Разработка внесет значительный вклад в развитие российского спутникового интернета. Результаты опубликованы в цикле научных статей, в частности, Design of a multibeam metasurface antenna for LEO satellite communications payload.
Оборудование предполагается устанавливать как в пользовательские терминалы для подвижных объектов (автомобилей, поездов и т. д.), так и на низкоорбитальные космические аппараты. Устройство создано на основе метаповерхностей — электромагнитных структур, состоящих из упорядоченных элементов, размер которых меньше рабочей длины волны. Основное преимущества технологии — дешевизна. Благодаря идее ученых стоимость оборудования, необходимого пользователю для подключения к сети, снижается в несколько раз в сравнении с зарубежными аналогами, стоящими более 1 млн рублей.
«Метаповерхность представляет собой сетчатую структуру с излучающими элементами, которые намного (в 5–10 раз) меньше длины волны. Их преимущество заключается в том, что за счет их пространственного распределения можно получать уникальные свойства, при изменении характеристик структуры можно формировать излучение в требуемом направлении. Можно также создавать многолучевые антенные системы, что нужно для космических аппаратов», — рассказал Алексей Космынин, сотрудник НИЦ телекоммуникаций МФТИ, генеральный директор ООО «Мэтрикс вейв».
Системы спутникового интернета сейчас развиваются во всем мире. Самая известная из них — Starlink Илона Маска. В России есть несколько аналогичных проектов в рамках федерального проекта «Сфера». Также существует ряд частных космических проектов.
Для приема и отправки радиосигналов между спутником и пользовательским терминалом необходима антенна. Классическим вариантом считается зеркальная параболическая антенна в форме «тарелки». Однако ее сложно устанавливать на подвижные объекты, так как она должна всегда быть ориентирована в определенном направлении с высокой точностью. А все новые спутниковые сети строятся из подвижных космических аппаратов, поэтому даже если сам терминал не будет двигаться, зеркальную антенну все равно придется непрерывно поворачивать для отслеживания спутника.
Альтернативой зеркальной антенне может быть фазированная антенная решетка. У нее отличные технические характеристики, но и высокая цена. Пользовательский терминал на основе решетки будет иметь стоимость порядка нескольких миллионов рублей, в зависимости от серии и размера апертуры.
Дороговизна объясняется тем, что для производства одной такой антенны требуется несколько сотен сложных микросхем, управляющих лучом. К тому же в России их не производят на текущий момент, а покупка за рубежом затруднена из-за санкций. По этим причинам команде ученых и инженеров пришлось искать оригинальное техническое решение для приема и передачи данных. Антенны на основе метаповерхностей можно целиком производить в России.
Вскоре должны начаться первые испытания пользовательской антенной системы с использованием данной технологии.
Прототип антенной системы в процессе измерений. Фото: пресс-служба МФТИ
Первый экземпляр антенны для спутника будет немного сложнее и дороже пользовательского. В настоящий момент разработчики ведут переговоры с несколькими возможными заказчиками спутникового варианта.
Антенны на метаповерхностях сейчас успешно используются в наземных сетях связи, в частности, в мобильных системах пятого поколения. Метаповерхностные излучающие структуры являются одним из технологических кандидатов для широкого внедрения в сетях связи шестого поколения. Подобные исследования и работы ведутся в ведущих технологических лабораториях по всему миру.
