Китай создал метаповерхность 3 в 1: связь, радиолокация и сбор энергии в одной панели
В основе работы — классическая для будущих сетей идея RIS (reconfigurable intelligent surface): плоская панель с множеством «мета-атомов», которые по команде меняют фазу и амплитуду отражённой или излучаемой волны, тем самым управляя фронтом волны почти как линза, но на радиочастотах. В версии Xidian один и тот же элемент умеет переключаться между режимом «излучения» (панель фактически становится программируемой антенной решёткой) и режимом «рассеивания» (управляемое отражение падающей волны). Этого добились сравнительно «дешёвым железом»: в мета-атоме использован излучающий патч-элемент и 3-дБ ответвитель, а переключение режимов и 1-битное управление фазой реализовано всего двумя PIN-диодами на ответвителе — состояние диодов определяет, идёт ли сигнал на излучение или поверхность работает как отражатель.
Ключевая инженерная хитрость — борьба с паразитными «гребёнками» и боковыми лепестками, которые особенно заметны у простых 1-битных решений: грубая квантизация фаз обычно ухудшает диаграмму направленности и эффективность. Авторы добавили четыре «начальные» фазы, меняя ёмкостную нагрузку патча (в статье приводятся значения до 0,5 пФ), и за счёт этого подавили решёточные лепестки без тяжёлой оптимизации размещения элементов.
На практике панель размером 12×12 элементов, изготовленная как печатная плата, показала сканирование луча в пределах ±45° на частоте 5,8 ГГц и приемлемый уровень боковых лепестков; в режиме излучения заявлены усиления порядка 18,8–21,3 dBi, в эксперименте — близкие значения.
Самая обсуждаемая часть — энергетика. В эксперименте по беспроводному сбору энергии (WEH) исследователи подали на передающую рупорную антенну сигнал 5,8 ГГц мощностью 0 dBm и разместили панель на расстоянии 1,5 м. На девяти порталах съёма мощности они измерили максимум −32,42 dBm и минимум −38,6 dBm, после чего указали, что, подключив выпрямитель, можно преобразовать RF-энергию в постоянный ток для питания электроники. В переводе на «человеческие» величины это доли микроватта на порт: то есть речь не о потоке "бесплатной энергии" для сложных систем, а о возможности точечной подпитки маломощных сенсоров, меток, вспомогательной электроники или накоплении энергии при значительном числе элементов и близких источниках излучения.
При этом работа хорошо ложится в логику 6G, где всё чаще говорят об объединении связи и радиолокационного «ощупывания» среды (integrated communication and sensing) и о переносе части интеллекта в сам радиоканал — стены, фасады, перегородки, элементы городской инфраструктуры.
В статье Xidian это показано на наглядном сценарии связи вне прямой видимости: в Г-образном коридоре установка RIS в районе поворота увеличивала среднюю плотность мощности на «слепой» стороне примерно на 8 dB в расчётах и примерно на 7 dB в натурном эксперименте при соответствующей настройке угла отклонения. Это именно тот класс задач, из-за которых RIS активно продвигают как способ «протянуть» покрытие туда, где базовая станция упирается в бетон, металл и геометрию улиц.
Дальше начинается область интерпретаций, где гражданские и военные смыслы смешиваются. Ряд изданий обсуждает концепцию «электромагнитной кооперативной малозаметности» — когда несколько платформ согласованно управляют отражением, уменьшая суммарную заметность и одновременно «подбирая» энергию из зондирующих сигналов. В строгом виде работа Xidian — всё же про метаповерхность для связи/сценариев 6G и энергоcбора в контролируемом эксперименте, а перенос на авиационную «невидимость» упирается в частотные диапазоны радаров, мощность и импульсный характер излучения, тепловые и конструкционные ограничения и, главное, в то, что эффективное поглощение и управляемое переизлучение — разные физические режимы и разные компромиссы.
Но сам тренд показателен: граница между «связью» и «радиоэлектронной борьбой» технологически становится тоньше, потому что и там и там решают одну задачу — кто и как управляет электромагнитной средой.
Интерес к таким работам усиливает и геополитический фон вокруг 6G. По оценкам, которые часто цитируют в отраслевых медиа, на Китай приходится около 40,3% патентных заявок в тематике 6G, на США — около 35,2%. В Пекине параллельно продвигают свою повестку в стандартизации, а коммерческий горизонт 6G многие игроки по-прежнему привязывают к рубежу 2030 года — это совпадает и с отраслевыми таймлайнами, и с заявлениями китайских профильных структур.
Если вынести за скобки громкие заголовки, практический смысл подобных «поверхностей-комбайнов» — в экономике инфраструктуры. Чем больше функций можно собрать в одном плоском модуле (управляемое излучение, управляемое отражение, приём, подзарядка вспомогательных устройств), тем проще превращать здания, тоннели, промышленные объекты и транспортные узлы в управляемую радиосреду — и тем ближе сценарии, где сеть не только передаёт данные, но и «видит» пространство, адаптируется к нему и подкармливает датчики. На уровне прототипа это пока микроватты, но именно из таких «некрасивых» инженерных решений обычно и складываются большие стандарты.