Filme, matriz de antenas de alta frequência para comunicações sem fio

Os pesquisadores deram um passo em direção ao desenvolvimento de um tipo de matriz de antenas que poderia revestir as asas de um avião, funcionar como um remendo de pele transmitindo sinais para implantes médicos ou cobrir uma sala como papel de parede que se comunica com dispositivos da Internet das Coisas (IoT).

A tecnologia, que pode permitir muitos usos de redes sem fio 5G e 6G emergentes, é baseada em eletrônica de grande área, uma maneira de fabricar circuitos eletrônicos em materiais finos e flexíveis. A abordagem supera as limitações dos semicondutores de silício convencionais, que podem operar nas altas frequências de rádio necessárias para aplicações 5G, mas podem ter apenas alguns centímetros de largura e são difíceis de montar nas grandes matrizes necessárias para comunicação aprimorada com dispositivos de baixa potência .

Para alcançar essas grandes dimensões, outros tentaram a integração discreta de centenas de pequenos microchips. Mas isso não é prático - não é de baixo custo, confiável ou escalável em nível de sistemas sem fio. A nova tecnologia pode ser dimensionada nativamente para grandes dimensões, como monitores de computador e televisores de cristal líquido (LCD). Eles usam tecnologia de transistor de filme fino, que a equipe adaptou para uso em sinalização sem fio.

Os pesquisadores usaram transistores de filme fino de óxido de zinco para criar uma linha de três antenas de 30 centímetros de comprimento em uma configuração conhecida como matriz em fases. As matrizes de antenas em fases podem transmitir sinais de feixe estreito que podem ser programados digitalmente para atingir as frequências e direções desejadas. Cada antena na matriz emite um sinal com um atraso de tempo especificado de seus vizinhos e a interferência construtiva e destrutiva entre esses sinais soma-se a um feixe eletromagnético focalizado. Uma única antena transmite um sinal fixo em todas as direções; um phased array pode escanear eletricamente o feixe para diferentes direções, permitindo a comunicação sem fio ponto a ponto.

As antenas phased array têm sido usadas há décadas em sistemas de comunicação de longa distância, como sistemas de radar, satélites e redes celulares, mas a nova tecnologia pode trazer nova flexibilidade aos phased arrays e permitir que eles operem em uma faixa de frequência de rádio diferente dos sistemas anteriores. .

A eletrônica de grande área é uma tecnologia de filme fino, de modo que os circuitos podem ser construídos em um substrato flexível em um intervalo de metros. Todos os componentes podem ser integrados monoliticamente em uma folha que tem o formato de um pedaço de papel. A equipe fabricou os transistores e outros componentes em um substrato de vidro, mas um processo semelhante pode ser usado para criar circuitos em plástico flexível.

Este tipo de sistema de antena pode ser instalado em quase qualquer lugar. Quando usado como papel de parede em uma sala, pode permitir uma comunicação rápida, segura e com eficiência energética com uma rede distribuída de dispositivos IoT, como sensores de temperatura ou movimento. Ter uma antena com superfície flexível também pode ser benéfico para satélites, que são lançados em formato compacto e se desdobram à medida que atingem a órbita, e uma grande área pode ser vantajosa para comunicações de longa distância com aeronaves.

Com um avião, porque sua distância é tão grande, grande parte da potência do sinal é perdida, assim como a sensibilidade. As asas são uma área bastante grande, então se houver um receptor de ponto único naquela asa, não ajuda; no entanto, se a quantidade de área que está capturando o sinal puder ser expandida por um fator de cem ou mil, a potência do sinal pode ser reduzida e a sensibilidade do rádio pode ser aumentada.