За долгое время совершенствования аппаратуры для сетей 5G радиоинженеры вплотную приблизились к объективному пределу: с использованием массовых доступных технологий фактически более невозможно значительно улучшать рабочие характеристики передатчиков и приемников сотового сигнала. Вместе с тем целый ряд глобальных вендоров уже заявили (ориентировочно на 2030 г.) начало предсерийных испытаний аппаратуры сотовых сетей шестого поколения, рассчитанной на работу в еще более высокочастотных диапазонах в десятки гигагерц. И поскольку такой сигнал чрезвычайно сильно рассеивается даже в атмосфере, не говоря уж о более серьезных преградах вроде кирпича и бетона, возникает практический вопрос: каким образом – учитывая, что чувствительность радиоприемников и передатчиков на актуальной элементной базе существенно повысить невозможно, – обеспечить уверенные коммуникации в сетях 6G в условиях городской застройки?

Эксперты из издания IEEE Spectrum предлагают двигаться по пути оптимизации беспроводного канала, а именно использования особым образом сконструированных метаматериалов, чтобы перенаправить сигнал в обход поглощающих препятствий с минимальными потерями на поглощение и рассеяние. Речь идет о реконфигурируемых умных поверхностях: специально спроектированных для управляемого отражения радиоволн определенной частоты двумерных периодических структурах, у которых характерный размер составляющих их элементов меньше длины волны рабочего излучения.

Аналогом таких метаматериалов в области сверхжесткого ультрафиолета можно считать брэгговские зеркала, используемые в EUV-фотолитографии для управления пучком излучения с длиной волны 13,5 нм. Такой поток практически не отражается от обычных зеркал (коэффициент отражения 13,5-нм «света» от полированного молибдена – 0,14%), однако метаструктура из десятков чередующихся слоев того же молибдена и кремния – толщиной в ¼ длины волны каждый – позволяет за счет конструктивной интерференции суммирующихся в нужной фазе волн достигать коэффициента отражения в 70%.

Метаматериалы, оптимизированные для эффективного переотражения высокочастотных радиоволн, предполагается размещать в условиях плотной застройки на стенах зданий, на окнах и даже на тротуарах. При этом, в отличие от созданного один раз и потом работающего в неизменном виде брэгговского зеркала, реконфигурируемая умная поверхность – скажем, локально меняющая свой показатель преломления под воздействием электрического напряжения, – сможет в режиме реального времени корректировать свои свойства, оптимизируя отражение радиоволн на той частоте и в той фазе, что требуются именно в данный момент. К примеру, по улице между двумя небоскребами едет на скутере человек в шлеме дополненной реальности с интерфейсом 6G — и в соответствии с его позиционированием относительно ближайшей базовой станции окрестные отражательные метаповерхности обеспечат именно ему устойчивый широкополосный канал на все время его прохождения в радиотени основного излучателя.