Исследователи Princeton University нашли способ увеличить рабочую дальность ближней зоны субтерагерцевых беспроводных систем на серийно выпускаемом оборудовании. Несколько синхронизированных антенных решёток позволили получить возможности управления полем, для которых прежде считались необходимыми значительно более крупные и дорогие системы. Высокочастотный спектр такого уровня рассматривают для связи с высокой скоростью передачи данных, зондирования и защищённой беспроводной передачи в телекоммуникационных и оборонных приложениях.
«Работа в ближней зоне даёт нам гораздо более точный контроль над распределением электромагнитной энергии в пространстве. Это открывает интересные возможности для связи, отслеживания объектов и защищённой беспроводной передачи».
Ясаман Гасемпур (Yasaman Ghasempour), доцент кафедры электротехники и вычислительной техники и руководитель исследования
Предыдущие исследования указывали, что для расширения ближней зоны в субтерагерцевом диапазоне потребуются гораздо более крупные и дорогие аппаратные средства. В статье, опубликованной 22 апреля в журнале Nature Communications, команда Princeton показала, как решить эту задачу с помощью распределённой согласованно работающей системы на стандартном оборудовании.
«Можно получить практически такое же качество формирования луча в ближней зоне, но гораздо более практичным способом».
Ясаман Гасемпур, соруководитель инициативы Princeton NextG
Методы объединения распределённых систем для дальней зоны, где работают почти все современные беспроводные системы, инженеры развивают уже несколько десятилетий. Перенос этих методов в ближнюю зону потребовал заново построить математические модели, начиная с фундаментальных уравнений электромагнетизма. Команда Гасемпур вместе с исследователями Northeastern University разработала такие модели и продемонстрировала их применение в реальных системах.
«Координируя несколько небольших решёток как единую систему, мы можем на гораздо больших, практически значимых расстояниях формировать необычные лучи: фокусировать их с хирургической точностью или восстанавливать вокруг препятствий. Эти расстояния соответствуют масштабу реальных приложений».
Джозеп Микель Жорнет (Josep Miquel Jornet), заслуженный профессор и заместитель декана по научной работе Northeastern University
По словам Жорнета, вслед за переходом отрасли от формирования луча одной антенной к распределённым MIMO-системам исследователи переходят от управления ближним полем одной апертурой к распределённому формированию волнового фронта.
Субтерагерцевые сигналы могут переносить значительно больше данных, чем сигналы в используемых сейчас радиодиапазонах, но сильнее зависят от условий распространения. Их блокируют стены, искажают электромагнитные помехи и ослабляет атмосфера. Для уменьшения этих ограничений инженеры разрабатывают методы формирования луча: точную фокусировку, огибание препятствий и восстановление искажённого сигнала в процессе распространения.
«Лучи ближней зоны объективно дают более высокие характеристики, но только до определённого расстояния».
Ацуце Клудзе (Atsutse Kludze), первый автор статьи и аспирант лаборатории Гасемпур
Первой задачей было установить, насколько далеко от передатчика такие лучи сохраняют эффективность. Для определения границы ближней зоны давно используют расстояние Фраунгофера. Команда Princeton пересмотрела расчёты и пришла к выводу, что этот показатель завышает дальность, на которой сложные методы способны управлять субтерагерцевыми сигналами.
Клудзе установил, что эффективная дальность ближней зоны значительно меньше. Точное значение зависит от параметров системы, в том числе от частоты сигнала и размера антенны, однако в экспериментальных установках исследователей оно составляло примерно одну шестую или одну седьмую расстояния Фраунгофера.
Используя новые, более консервативные расчёты, исследователи увеличили эффективную ближнюю зону без создания огромных антенных решёток. Распределённая сеть небольших решёток сделала сложное формирование луча применимым на практически значимых расстояниях для систем связи, зондирования и безопасности.
«Наше решение — использовать распределённые решётки, то есть несколько совместно работающих решёток. Так мы смогли отодвинуть границу эффективной ближней зоны и выйти за пределы одной решётки».
Ацуце Клудзе
Работа «Distributed wavefront shaping in radiative near-field sub-terahertz wireless networks» опубликована 22 апреля в Nature Communications. Помимо Клудзе и Гасемпур, среди авторов указаны Душия Боде (Duschia Bodet) и Джозеп Микель Жорнет из Northeastern University. Исследование поддержали Национальный научный фонд США — гранты CNS-2145240, CNS-2148271 и CNS-1955004 — и Управление научных исследований ВВС США по грантам FA9550-24-1-0144 и AFOSR FA9550-23-1-0254.
Дата публикации оригинала: 3 августа 2026 года.