Conjunto de antenas de película delgada y alta frecuencia para comunicaciones inalámbricas

Los investigadores han dado un paso hacia el desarrollo de un tipo de conjunto de antenas que podría cubrir las alas de un avión, funcionar como un parche en la piel que transmite señales a los implantes médicos o cubrir una habitación como papel tapiz que se comunica con dispositivos de Internet de las cosas (IoT).

La tecnología, que podría permitir muchos usos de las redes inalámbricas 5G y 6G emergentes, se basa en electrónica de área grande, una forma de fabricar circuitos electrónicos en materiales delgados y flexibles. El enfoque supera las limitaciones de los semiconductores de silicio convencionales, que pueden operar a las altas frecuencias de radio necesarias para las aplicaciones 5G, pero solo pueden tener unos pocos centímetros de ancho y son difíciles de ensamblar en las grandes matrices necesarias para mejorar la comunicación con dispositivos de bajo consumo. .

Para lograr estas grandes dimensiones, otros han intentado la integración discreta de cientos de pequeños microchips. Pero eso no es práctico:no es de bajo costo, confiable o escalable a nivel de sistemas inalámbricos. La nueva tecnología puede escalar de forma nativa a grandes dimensiones, como monitores de computadora y televisores con pantalla de cristal líquido (LCD). Estos utilizan tecnología de transistores de película delgada, que el equipo adaptó para su uso en señalización inalámbrica.

Los investigadores utilizaron transistores de película delgada de óxido de zinc para crear una fila de tres antenas de 30 centímetros de largo en una configuración conocida como matriz en fase. Los conjuntos de antenas en fase pueden transmitir señales de haz estrecho que pueden programarse digitalmente para lograr las frecuencias y direcciones deseadas. Cada antena en el conjunto emite una señal con un retraso de tiempo específico de sus vecinas y la interferencia constructiva y destructiva entre estas señales se suma a un haz electromagnético enfocado. Una sola antena transmite una señal fija en todas las direcciones; una matriz en fase puede escanear eléctricamente el haz en diferentes direcciones, lo que permite la comunicación inalámbrica punto a punto.

Las antenas de matriz en fase se han utilizado durante décadas en sistemas de comunicación de larga distancia, como sistemas de radar, satélites y redes celulares, pero la nueva tecnología podría brindar una nueva flexibilidad a las matrices en fase y permitirles operar en un rango diferente de frecuencias de radio que los sistemas anteriores. .

La electrónica de área grande es una tecnología de película delgada, por lo que los circuitos se pueden construir sobre un sustrato flexible en un lapso de metros. Todos los componentes se pueden integrar monolíticamente en una hoja que tiene el factor de forma de una hoja de papel. El equipo fabricó los transistores y otros componentes sobre un sustrato de vidrio, pero se podría usar un proceso similar para crear circuitos sobre plástico flexible.

Este tipo de sistema de antena podría instalarse en casi cualquier lugar. Cuando se usa como papel tapiz en una habitación, podría permitir una comunicación rápida, segura y de bajo consumo con una red distribuida de dispositivos IoT, como sensores de temperatura o movimiento. Tener una antena con una superficie flexible también podría ser beneficioso para los satélites, que se lanzan en un formato compacto y se despliegan a medida que alcanzan la órbita, y un área grande podría ser ventajoso para las comunicaciones de larga distancia con aviones.

Con un avión, debido a que su distancia es tan grande, se pierde gran parte de la potencia de la señal, al igual que la sensibilidad. Las alas son un área bastante grande, por lo que si hay un receptor de un solo punto en esa ala, no ayuda; sin embargo, si la cantidad de área que captura la señal se puede expandir por un factor de cien o mil, la potencia de la señal se puede reducir y la sensibilidad de la radio se puede aumentar.