Конструкция антенны требует оптимизации для систем 6G

Jan 11, 2024

Хэнк Ли, Бенчмарк | 31 июля 2023 г.

Эволюция сетей связи пятого поколения (5G) из более ранних сотовых беспроводных систем осуществляется во всем мире. Мобильный доступ в Интернет с передачей голоса, видео и данных обеспечивается путем объединения диверсифицированного оборудования наземной и спутниковой связи (спутниковой связи). Однако, несмотря на щедрую пропускную способность 5G, она быстро потребляется людьми, а также устройствами в виде потоковых приложений, Интернета вещей (IoT), датчиков, бытовой техники и многого другого.

Однако еще до того, как сетевая инфраструктура 5G будет завершена, планируется применение технологии шестого поколения (6G). Поскольку 5G занимает частотный спектр ниже 6 ГГц и приближается к 72 ГГц, 6G будет расширяться до 1 ТГц.

По теме: Усилия по развитию 6G положили хорошее начало, говорят исследователи

Несмотря на все обещания беспроводных сетей 5G, растущее использование датчиков для обеспечения безопасности, наблюдения и мониторинга в составе устройств IoT является лишь одним из способов генерации огромных объемов данных. Сети 5G, безусловно, не будут испытывать недостатка в пропускной способности: системы будут работать в трех различных диапазонах частот (FR): FR1 (~6 ГГц), FR2 (от 24,25 до 71,0 ГГц) и FR3 (от 7,125 до 24,250 ГГц).

Но с учетом быстро растущего числа устройств IoT, добавляемых в сети 5G, а также постоянно растущего числа пользователей-людей, сети 5G (даже с их расширенной пропускной способностью) будут вынуждены обеспечивать передачу данных с малой задержкой в ​​рамках систем безопасности. , наблюдение и деловые встречи, например.

Связанный: Переход на 6G бросит вызов аппаратному обеспечению связи

Типичная задержка передачи данных для сетей 5G составляет около 4 миллисекунд, что может показаться незначительной задержкой. Но для некоторых приложений, запланированных для сетей 6G (таких как голографическое трехмерное (3D) изображение во время телефонных звонков и удаленные деловые встречи в виртуальной реальности (VR)), для практических ответов в реальном времени требуется почти нулевая задержка.

Преобразование технологии 5G в сети 6G или, по крайней мере, в усовершенствованные системы 5G потребует сложного использования частотного спектра, охватывающего весь частотный спектр миллиметровых волн (от 30 до 300 ГГц), который ранее не считался пригодным для практического использования для какой-либо формы коммерческой связи. . Растущее использование новых электронных технологий, таких как искусственный интеллект (ИИ) и машинное обучение (МО), поможет управлять точками доступа к сети, поскольку люди и вещи конкурируют за спектр.

Используя искусственный интеллект, сети беспроводной связи 6G будут собирать сенсорные данные об операционной среде, обнаруживать отражение препятствий и мгновенно отображать оптимальные пути распространения высокочастотных сигналов. Но для передачи сигналов пользователей в соты и точки коммутации — будь то над землей, под землей или из космоса — по-прежнему потребуются такие компоненты, как антенные решетки, способные формировать лучи направленной энергии, которые могут передавать большие объемы данных через переполненное воздушное пространство.

Механическое проектирование и разработка будут способствовать созданию сетей 5G/6G, хорошо адаптированных к операционной экосистеме и способных обеспечить практичную и надежную долгосрочную работу. Поскольку 5G распространяется на услуги 6G за счет добавления тысяч низкоорбитальных спутников (LEOS) для космической связи, для спутников все меньшего размера потребуются легкие компоненты.

С увеличением плотности компонентов и функций, содержащихся на меньших печатных платах для LEOS и наземных малых ячеек, потребуются эффективные методы управления температурным режимом, чтобы минимизировать любое накопление тепла в небольших металлических корпусах. Кроме того, фотолитография с высоким разрешением потребуется для реализации тонкой ширины линий схемы, поддерживающей малые длины волн сигналов миллиметрового диапазона.

Выбор антенн и их подключение к инфраструктуре 5G/6G является примером, в котором машиностроение будет играть ключевую роль в поддержке разработчиков антенн. Антенны для сетей 5G/6G будут использовать множество конфигураций, включая узконаправленные устройства формирования диаграммы направленности, всенаправленные антенны, активные фазированные решетки с несколькими элементами, гибкие антенны на печатной плате (PCB) для базовых станций или продуктов мобильной сотовой связи, а также массивные антенны на печатной плате (PCB) для базовых станций или продуктов мобильной сотовой связи. Антенны с входом и множеством выходов (mMIMO) для обработки обширного трафика сигналов в небольших сотах (рис. 1).