Тонкопленочная высокочастотная антенная решетка для беспроводной связи

Исследователи сделали шаг к разработке типа антенной решетки, которая могла бы покрывать крылья самолета, функционировать как кожный пластырь, передающий сигналы на медицинские имплантаты, или покрывать комнату в качестве обоев, которые взаимодействуют с устройствами Интернета вещей (IoT).

Технология, которая может обеспечить множество вариантов использования новых беспроводных сетей 5G и 6G, основана на электронике большой площади — способе изготовления электронных схем на тонких гибких материалах. Этот подход преодолевает ограничения обычных кремниевых полупроводников, которые могут работать на высоких радиочастотах, необходимых для приложений 5G, но могут иметь ширину всего несколько сантиметров и их трудно собрать в большие массивы, необходимые для улучшенной связи с маломощными устройствами. .

Чтобы достичь таких больших размеров, другие пытались дискретно интегрировать сотни маленьких микрочипов. Но это непрактично — это недешево, надежно или масштабируемо на уровне беспроводных систем. Новая технология изначально может масштабироваться до больших размеров, таких как компьютерные мониторы и телевизоры с жидкокристаллическими дисплеями (ЖК-дисплеи). В них используется технология тонкопленочных транзисторов, которую команда адаптировала для использования в беспроводной передаче сигналов.

Исследователи использовали тонкопленочные транзисторы из оксида цинка для создания ряда из трех антенн длиной 1 фут (30 сантиметров) в установке, известной как фазированная решетка. Фазированные антенные решетки могут передавать сигналы с узким лучом, которые можно запрограммировать в цифровом виде для достижения желаемых частот и направлений. Каждая антенна в решетке излучает сигнал с заданной временной задержкой от своих соседей, и конструктивная и деструктивная интерференция между этими сигналами складывается в сфокусированный электромагнитный луч. Одна антенна передает фиксированный сигнал во всех направлениях; фазированная решетка может электрически сканировать луч в разных направлениях, обеспечивая беспроводную связь точка-точка.

Антенны с фазированной решеткой десятилетиями использовались в системах дальней связи, таких как радиолокационные системы, спутники и сотовые сети, но новая технология может придать фазированным решеткам новую гибкость и позволить им работать в другом диапазоне радиочастот, чем предыдущие системы. .

Электроника большой площади — это тонкопленочная технология, поэтому схемы можно строить на гибкой подложке длиной в несколько метров. Все компоненты могут быть монолитно интегрированы в лист, имеющий форм-фактор листа бумаги. Команда изготовила транзисторы и другие компоненты на стеклянной подложке, но аналогичный процесс можно использовать для создания схем на гибком пластике.

Этот тип антенной системы может быть установлен практически в любом месте. При использовании в качестве обоев в комнате он может обеспечить быструю, безопасную и энергоэффективную связь с распределенной сетью устройств IoT, таких как датчики температуры или движения. Антенна с гибкой поверхностью также может быть полезна для спутников, которые запускаются в компактном формате и разворачиваются по мере выхода на орбиту, а большая площадь может быть выгодна для дальней связи с самолетами.

С самолетом из-за большого расстояния большая часть мощности сигнала теряется, как и чувствительность. Крылья довольно большой площади, так что если на том крыле стоит одноточечный приемник, то это не поможет; однако, если площадь захвата сигнала может быть увеличена в сто или тысячу раз, мощность сигнала может быть уменьшена, а чувствительность радио может быть увеличена.