در حرکت به سوی آینده‌ای کاملاً وایرلس، نسل پنجم ارتباطات سیار سلولی یا نسل پنج شبکه تلفن همراه که به اختصار به آن ۵Gمی‌گویند مزایای زیادی برای انسان قرن بیست و یکم دارد. در حوزه مخابرات، نسل پنجم اتصالات یک جهش رو به جلو و قابل توجه در پروتکل های شبکه ‌ای قلمداد می‌شود. سرعت بالای انتقال داده و ارتباطات شبکه‌ای با تأخیر اندک از جمله مزایای آن هستند. این فناوری دست‌کم یک گیگابایت در ثانیه برای سرعت اتصال و نیز باندهای موج میلی متری (mmW)ارائه می‌دهد که در پشتیبانی تجهیزاتی که به ظرفیت بالا نیاز دارند مناسب است.
۵G استاندارد فناوریِ شبکه‌های سلولی پهن باند کنونی است که در حقیقت نسلِ بعدی ۴Gمحسوب می‌شود. به کمک آن، دانلود با سرعت بسیار بیشتری انجام می‌شود به طوری‌که حداکثر به ۱۰ گیگابایت در ثانیه می‌رسد. از آنجا که ۵G دارای پهنای باند بیشتری است، قابلیت اتصال به وسایل دیجیتالی بیشتری را دارد.
دانشمندان دانشگاه «بیرمنگام» در یک پیشرفت غیر منتظره نوید انتقال داده با بازدهی بی‌سابقه را می‌دهند که کاربرد آن در وسایل و فناوری های مبتنی بر امواج میلی متری مخابرات نسل پنجم و فراتر از آن است. آنها یک فناوری فرمان پرتو (beam-steering) برای آنتن‌های ایستگاه‌های زمینی و ثابت ساخته‌اند که در شبکه‌های مخابراتی بی سیم قابل استفاده است.
این فناوری یک آنتن فرمان پرتو است که می‌تواند بازده انتقال داده‌ها را در فناوری مخابرایت نسل پنجم بالا ببرد و دامنه‌ای از فرکانس‌ها را در دسترس ارتباطات تلفن‌های همراهی که با فناوری‌های حاضر سازگار نیستند قرار دهد. به طور کلی، هدف از ساخت آن این است که کارآیی آنتن های ثابت ارتباطات سیار سلولی نسل پنجم و ششم بالا رود.
نتایج آزمایش‌هایی که در سومین انجمن بین المللی علوم رادیویی برای نخستین‌بار به نمایش درآمدند نشان می‌دهند که این وسیله می‌تواند به طور مداوم هدایت پرتو با زاویه باز را فراهم کند. بنابراین، می‌تواند کاربر دارنده تلفن همراه را که در حال حرکت است به همان شیوه‌ای دنبال و ردیابی کند که یک دیش ماهواره می ‌چرخد تا شیئی را دنبال کند؛ با این تفاوت که سرعت آن فوق‌ العاده بیشتر است.
این فناوری نمایانگر انتقال داده با بازده بسیار بالا در فرکانس‌هایی است که در دامنه طیف امواج میلیمتری قرار دارند؛ به ویژه فرکانس‌هایی که برای امواج میلی‌متری مخابرات نسل پنجم و نسل ششم شناسایی شده‌اند. در حال حاضر تنها با استفاده از آنتن‌هایی که به طور مکانیکی عمل می‌کنند و سرعت کمی نیز دارند دست‌ یابی به بازده بالا امکانهپذیر است.
این وسیله کاملاً با خصوصیات نسل پنجم کنونی به کار رفته در شبکه‌ های ارتباطات موبایلی سازگاری دارد. به علاوه، به شبکه‌های تغذیه کننده پیچیده و ناکارآمدی که آنتن ‌های متداول کنونی متکی به آنها هستند نیازی ندارد. در عوض، تنها به کمک سیستمی با پیچیدگی اندک کار می ‌کند که هم عملکرد آنتن را بهتر می‌کند و هم به آسانی ساخته می‌شود.
آنتن فرمان پرتو در واقع راهکاری است برای ایستگاه‌های پایه ثابت که خدمات زمینی سیار را پوشش می ‌دهند و فناوری‌های آنتنی کنونی در فرکانس‌های بالا برای آنها بازده لازم را ندارند.
این وسیله در ابعاد یک iPhoneاست و در ساخت آن از یک فراماده استفاده شده است. فراماده ماده‌ای است که به صورت مصنوعی ساخته می‌شود و ویژگی‌هایی خاصی دارد که مواد طبیعی فاقد آنها هستند. این ویژگی‌ها با اِعمال تغییر در امواج الکترومغناطیسی ایجاد می‌ شوند که شامل مسدود کردن، جذب کردن، تقویت کردن و خم کردن امواج است.
فراماده به کار رفته در این آنتن متشکل از یک ورقه فلزی با آرایه‌ای از سوراخ‌هایی به قطر چند میکرومتر است که با فاصله‌ ای اندک در کنار یکدیگر قرار گرفته ‌اند. یک عملگر (اکچوایتور) ارتفاع حفره درون فراماده و حرکات میکرومتری ارسال را کنترل می‌کند و آنتن متناسب با محل و موقعیتی که قرار گرفته انکسار دسته‌ای از امواج رادیویی را مدیریت می‌کند. به بیانی واضح‌تر، پرتو تابیده شده را متمرکز کرده و به شکل یک سیگنال بسیار جهت‌دهنده در می‌آورد. سپس، انرژی را در جهت مناسب و مطلوب قرار می‌ دهد، حین این که کارایی انتقال سیگنال را نیز بالا می‌برد.
سازندگان این آنتن نمونه‌ های اولیه را ساخته‌اند و در حال آزمایش آنها در فرکانس‌ های بالا هستند. همچنین نمونه ‌های اولیه را در کاربردهایی که فراتر از مخابرات موبایلی نسل پنجم هستند تست می‌کنند.
اگر چه این فناوری فرمان پرتو برای نسل پنجم طراحی شده، مدل هایی که آنها ساخته اند نشان دهنده این هستند که می تواند در فرکانس ۳۰۰ گیگاهرتز ۹۴ درصد بازده داشته باشد. همچنین می‌توان از آن برای ارتباطات بین دو وسیله نقلیه، وسیله نقلیه با یک زیرساختار، رادارهای سیار و مخابرات ماهواره‌ای استفاده کرد. به علاوه، برای کاربردهای خودروسازی، رادار، هوافضا و تدافعی نسل بعد می‌تواند فناوری بسیار پرکاربردی باشد.
سادگی طراحی و هزینه پایین آن دلایل کافی هستند که صنایع از آن بهره بگیرند و ترکیب بندی فشرده اجزای الکترونیکی، نصب آن را در مکان‌هایی که فضا محدود است میسر می‌کند. آنتن‌های فرمان پرتو علاوه بر این‌که می‌توانند در کاربردهای مختلف ۵G و۶Gمفید واقع شوند، در ارتقاء ارتباطات ماهواره ها و اینترنت اشیاء نیز نقش تعیین کننده‌ای خواهند داشت.
***
تکنیک فرمان پرتو
تکنیک فرمان ـ پرتو (beam steering) به منظور تغییر جهت لوب اصلی یک الگوی تشعشعی (radiation pattern)به کار می‌رود. در سیستم‌های رادیویی و راداری، تکنیک فرمان پرتو از طریق جایگزین کردن اجزای تشکیل‌دهنده آنتن با اجزای دیگر یا با تغییر فازهای نسبی سیگنال‌های RFکه این اجزا را فعال می‌کنند قابل اجرا است. فناوری فرمان پرتو این روزها نقش مهمی در ارتباطات ۵Gو ۶Gایفا می‌کند و این به خاطر ماهیت شبه نوری فرکانس‌های هدایت کننده سیستم های ۵G است.
در حوزه صوت شناسی (acoustics)، فرمان پرتو به منظور جهت‌دهی صدا از بلندگو به یک نقطه خاص در محیط مورد استفاده قرار می‌گیرد. این امر با تغییر اندازه و فاز دو یا چند بلندگو که در یک ستون نصب شده‌اند امکان‌پذیر می‌شود. در این آرایش، صدای ترکیب شده متناسب با نیاز در محیط مورد نظر اضافه یا حذف می شود. اکنون سال‌ها است از این تکنیک استفاده می‌شود اما از زمانی که فناوری «پردازش سیگنال دیجیتال» (DSP)روی کار آمده است، محصولات تجاری زیادی از این دست در بازار موجود هستند. نقطه آغاز تکنیک فرمان پرتو با کمک فناوری DSPبه دهه ۱۹۹۰ برمی‌گردد.در سیستم‌های نوری، فرمان پرتو را می‌توان با تغییر ضریب شکست نور محیطی که پرتو از آن عبور می‌کند به کار برد. روش دیگر، استفاده از آینه، منشور یا لنز است.

code