С переходом к сверхвысокочастотной (ТГц) связи и грядущим поколениям беспроводных стандартов связи (6G и 7G), традиционные архитектуры трансиверов (приёмопередатчиков) сталкиваются с рядом фундаментальных ограничений: высокая дисперсия, фазовые шумы, повышенные требования к синхронизации, сильное затухание в каналах передачи и высокая чувствительность к помехам. Геометрическая волновая инженерия (ГВИ) предлагает радикально новый подход к построению трансиверов, где вся или существенная часть функциональности реализуется пассивно, через специально спроектированную геометрию.

Основные принципы

1. Пространственная маршрутизация частотных каналов

Сложная геометрия с изменяемой кривизной и локальной анизотропией фронта позволяет физически разделять различные частотные компоненты входящего сигнала по пространственным траекториям.

Это означает:

– Частоты «раскладываются» по направлению: например, волны 0.9 ТГц идут налево, 1.3 ТГц – направо;

– Каждый канал получает собственную траекторию внутри структуры – как физический путь связи;

– Все маршруты реализуются без электронного спектроанализатора, только за счёт динамики волны на искривлённой поверхности.

Это превращает поверхность трансивера в функциональный аналог спектральной линзы или топологического маршрутизатора.

2. Пассивные коммутаторы и мультиплексоры

Псевдоповерхность позволяет переключать направления и обрабатывать множественные каналы без активных фазовращателей, схем модуляции или элементов управления.

Это достигается за счёт:

– Нелинейных траекторий волнового распространения по поверхности;

– Зон с переменной кривизной, где определённые частотные компоненты автоматически «выбирают» свою траекторию;

– Возможности взаимосвязи каналов через стоячие моды и мультифокусные узлы, придавая функции мультиплексирования/демультиплексирования.

В такой архитектуре коммутатор становится «вырезом» геометрического пространства, где поведение сигнала определяется фазой, длиной волны и материалом, а не логикой цифрового ключа.

3. Модуляция сигнала «формой» поверхности

Одной из самых уникальных функций является возможность модуляции параметров сигнала не классическим образом (амплитудой, фазой, частотой), а кинематически – через форму самой поверхности. Форма диктует фазовый градиент по фронту волны. Кривизна влияет на направление, динамику и структуру волнового пакета. Малейшее изменение геометрии – например, за счёт термоактивной мембраны, давления или поля – приводит к перенаправлению сигнала или изменению временной задержки (что может служить модулем). Псевдоповерхность может быть запрограммирована заранее на определённый набор форм-режимов – «модуляционных состояний».

В таких системах кодирование сигнала = перемещение по геометрически определённым траекториям. Распределение мощности = функция кривизны и локального импеданса. Чтение/считывание = определение, в какую точку пространства (или к какому датчику) приходит сигнал.

Это создаёт архитектуру, подобную аналоговому волновому CPU, где форма тела выполняет функции маршрутизации, фокусировки, фильтрации и логики.

Возможности реализации

– Метаповерхности на кремниевой, графеновой или диэлектрической подложке – с пространственно изменяемыми фазовыми элементами (метаатомами);

– Гибкие псевдолинзы для THz-девайсов (на ПДМС, поликарбонате, вариофазных полимерных материалах);

– Комбинированные структуры: сигнал возбуждается через порт питания (гидридный волновод), а далее распределяется по форме на множественные зоны излучения или приёма.

Преимущества по сравнению с традиционными ТГц и 6G-компонентами: