La technologie ‘Beam-steering’ fait passer les communications mobiles au-delà de la 5G

Les scientifiques de Birmingham ont révélé une nouvelle antenne à direction de faisceau qui augmente l’efficacité de la transmission de données pour « au-delà de la 5G » – et ouvre une gamme de fréquences pour les communications mobiles qui sont inaccessibles aux technologies actuellement utilisées.

Des résultats expérimentaux, présentés aujourd’hui pour la première fois au 3^rd International Union of Radio Science Atlantic / Asia-Pacific Radio Science Meeting, montrent que l’appareil peut fournir une direction de faisceau «grand angle» continue, lui permettant de suivre un utilisateur de téléphone mobile en mouvement de la même manière qu’une antenne parabolique tourne pour suivre un déplacement objet, mais avec des vitesses nettement améliorées.

Conçue par des chercheurs de l’école d’ingénierie de l’Université de Birmingham, la technologie a démontré de grandes améliorations dans l’efficacité de la transmission de données à des fréquences allant sur le spectre des ondes millimétriques, en particulier celles identifiées pour la 5G (mmWave) et la 6G, où une efficacité élevée n’est actuellement réalisable qu’en utilisant solutions d’antennes lentes et dirigées mécaniquement.

Pour les applications 5G mmWave, les prototypes de l’antenne d’orientation de faisceau à 26 GHz ont montré une efficacité de transmission de données sans précédent.

L’appareil est entièrement compatible avec les spécifications 5G existantes actuellement utilisées par les réseaux de communication mobile. De plus, la nouvelle technologie ne nécessite pas les réseaux d’alimentation complexes et inefficaces requis pour les systèmes d’antenne couramment déployés, mais utilise à la place un système de faible complexité qui améliore les performances et est simple à fabriquer.

L’antenne à direction de faisceau a été développée par le Dr James Churm, le Dr Muhammad Rabbani et le professeur Alexandros Feresidis, chef du laboratoire d’ingénierie des métamatériaux, comme solution pour une antenne de station de base fixe, pour laquelle la technologie actuelle montre une efficacité réduite à des fréquences plus élevées, limitant l’utilisation de ces fréquences pour la transmission longue distance.

De la taille d’un iPhone, la technologie utilise un métamatériau, fabriqué à partir d’une feuille de métal avec un réseau de trous régulièrement espacés de quelques micromètres de diamètre. Un actionneur contrôle la hauteur d’une cavité dans le métamatériau, délivrant des mouvements micrométriques, et, selon sa position, l’antenne contrôlera la déviation du faisceau d’une onde radio – « concentrant » efficacement le faisceau en un signal hautement directif, et puis « rediriger cette énergie comme souhaité » – tout en augmentant l’efficacité de la transmission.

L’équipe développe et teste actuellement des prototypes à des fréquences plus élevées et dans des applications qui vont au-delà des communications mobiles 5G.

Le Dr Churm a commenté : « Bien que nous ayons développé la technologie pour une utilisation en 5G, nos modèles actuels montrent que notre technologie de direction de faisceau peut être capable d’une efficacité de 94 % à 300 GHz. La technologie peut également être adaptée pour une utilisation dans les communications de véhicule à véhicule, de véhicule à infrastructure, de radar de véhicule et de satellite, ce qui la rend idéale pour une utilisation de nouvelle génération dans les applications automobiles, radar, spatiales et de défense.

University of Birmingham Enterprise a déposé une demande de brevet pour cette technologie d’antenne à orientation de faisceau de nouvelle génération et recherche des partenaires industriels pour une collaboration, le développement de produits ou l’octroi de licences.

L’efficacité et d’autres aspects de la technologie sous-jacente ont été soumis au processus d’examen par les pairs, publiés dans des revues respectées et présentés lors de conférences universitaires^1,2,3,4.

Le Dr Churm a ajouté : « Nous rassemblons un autre ensemble de travaux pour publication et présentation qui démontreront un niveau d’efficacité qui n’a pas encore été signalé pour la transmission des ondes radio à ces fréquences difficiles. La simplicité de la conception et le faible coût des éléments sont avantageux pour une adoption précoce par l’industrie, et la configuration électronique compacte facilite le déploiement là où il y a des contraintes d’espace. Nous sommes convaincus que l’antenne à direction de faisceau convient à une large gamme d’applications 5G et 6G, ainsi qu’au satellite et à l’Internet des objets.

*Les métamatériaux sont le terme utilisé pour les matériaux qui ont été conçus pour avoir des propriétés spéciales qui ne se trouvent pas dans les matériaux naturels. Ces propriétés peuvent inclure la manipulation des ondes électromagnétiques en bloquant, absorbant, améliorant ou déformant les ondes.