O design da antena precisa de otimização para sistemas 6G

Jan 11, 2024

Hank Ly, referência | 31 de julho de 2023

A evolução das redes de comunicações de Quinta Geração (5G) a partir dos sistemas celulares sem fio anteriores está sendo realizada em todo o mundo. O acesso móvel à Internet com comunicações de voz, vídeo e dados está sendo fornecido pela combinação de equipamentos diversificados de comunicações terrestres e por satélite (satcom). No entanto, apesar da generosa largura de banda do 5G, esta está a ser consumida rapidamente por pessoas, bem como por dispositivos sob a forma de aplicações de streaming, Internet das Coisas (IoT), sensores, aparelhos e muito mais.

No entanto, antes mesmo de a infraestrutura de rede 5G estar concluída, estão a ser planeadas aplicações para a tecnologia de Sexta Geração (6G). Com o 5G ocupando o espectro de frequência abaixo de 6 GHz e se aproximando de 72 GHz, o 6G se estenderá até 1 THz.

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Apesar de tudo o que as redes sem fios 5G prometem, a utilização crescente de sensores para segurança, vigilância e monitorização como parte de dispositivos IoT é apenas uma das formas pelas quais serão geradas enormes quantidades de dados. As redes 5G certamente não carecerão de largura de banda, com sistemas operando em três faixas de frequência distintas (FR) de FR1 (˂6 GHz), FR2 (24,25 a 71,0 GHz) e FR3 (7,125 a 24,250 GHz).

Mas com um número cada vez maior de dispositivos IoT sendo adicionados às redes 5G – junto com um número cada vez maior de usuários humanos – a pressão estará sobre as redes 5G (mesmo com suas larguras de banda aprimoradas) para fornecer transferências de dados de baixa latência como parte dos sistemas de segurança. , vigilância e reuniões de negócios, como exemplos.

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A latência típica de transferência de dados para redes 5G é de cerca de 4 milissegundos, o que pode parecer um atraso insignificante. Mas para algumas das aplicações projetadas para redes 6G (como imagens holográficas e tridimensionais (3D) em chamadas telefônicas e reuniões de negócios remotas de realidade virtual (VR)), é necessária latência quase zero para respostas práticas e em tempo real.

A transformação da tecnologia 5G em redes 6G, ou pelo menos em sistemas avançados 5G, exigirá o uso sofisticado do espectro de frequências abrangendo todo o espectro de frequências de ondas milimétricas (30 a 300 GHz) não considerado anteriormente de uso prático para qualquer forma de comunicações comerciais . A utilização crescente de tecnologias eletrónicas emergentes, como a inteligência artificial (IA) e a aprendizagem automática (ML), ajudará a gerir os pontos de acesso à rede à medida que pessoas e coisas competem pelo espectro.

Ao empregar IA, as redes de comunicações sem fio 6G reunirão dados sensoriais sobre o ambiente operacional, detectando o reflexo de obstáculos e mapeando instantaneamente caminhos de propagação ideais para sinais de alta frequência. Mas levar os sinais dos usuários às células e aos pontos de comutação - seja acima do solo, no subsolo ou no espaço - ainda exigirá componentes como conjuntos de antenas capazes de formar feixes de energia direcionada que podem transferir grandes quantidades de dados através de espaços aéreos lotados.

O projeto e o desenvolvimento mecânico contribuirão para a criação de redes 5G/6G bem adaptadas ao ecossistema operacional e capazes de fornecer uma operação prática e confiável a longo prazo. À medida que o 5G se estende aos serviços 6G através da adição de milhares de satélites de órbita terrestre baixa (LEOS) para comunicações espaciais, serão necessários componentes leves para satélites cada vez mais pequenos.

Com a crescente densidade de componentes e funcionalidades contidas em PCBs menores para LEOS e pequenas células terrestres, serão necessárias técnicas eficazes de gerenciamento térmico para minimizar qualquer acúmulo de calor dentro de pequenos invólucros metálicos. Além disso, a fotolitografia de alta resolução será necessária para obter as larguras de linha dos circuitos finos que suportam os pequenos comprimentos de onda das frequências dos sinais de ondas milimétricas.

A escolha de antenas e sua interface com a infraestrutura 5G/6G é um exemplo em que a engenharia mecânica desempenhará um papel fundamental no apoio aos projetistas de antenas. As antenas para redes 5G/6G farão uso de muitas configurações, incluindo dispositivos de formação de feixe altamente direcionais, antenas omnidirecionais, matrizes de fase ativas com múltiplos elementos, antenas flexíveis de placa de circuito impresso (PCB) para estações base ou produtos celulares móveis e múltiplas antenas massivas. -antenas de entrada e saída múltipla (mMIMO) para lidar com tráfego de sinal extenso em células pequenas (Fig. 1).