A cerâmica aprimorada pode desempenhar um papel fundamental no avanço da alta

Por American Institute of Physics, 23 de março de 2021

Vantagens dos sistemas 5G. Crédito: Skyworks Solutions

Algumas tecnologias 5G ainda são consideradas o oeste selvagem no desenvolvimento de materiais e design.

O 5G, ou o padrão de tecnologia de quinta geração para redes celulares de banda larga, é anunciado como tendo finalmente chegado para velocidades de download ultrarrápidas, o fim das chamadas perdidas e do buffer e maior conectividade para avançar no desenvolvimento de veículos autônomos, cirurgia remota e a Internet das Coisas. .

In truth, 5G technology adoption is still in its early stages, according to Michael Hill, technical director of Skyworks Solutions, a California-based advanced-semiconductor company. In their paper, published in Applied Physics LettersApplied Physics Letters (APL) is a peer-reviewed scientific journal published by the American Institute of Physics. It is focused on applied physics research and covers a broad range of topics, including materials science, nanotechnology, photonics, and biophysics. APL is known for its rapid publication of high-impact research, with a maximum length of three pages for letters and four pages for articles. The journal is widely read by researchers and engineers in academia and industry, and has a reputation for publishing cutting-edge research with practical applications." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Applied Physics Letters, da AIP Publishing, Hill e seus colegas fornecem uma visão geral sobre as tecnologias 5G emergentes e mostram como o aprimoramento de materiais cerâmicos pode desempenhar um papel fundamental no desenvolvimento do 5G.

O 5G opera em duas bandas de frequência: 3-6 gigahertz para links de longa distância e uma banda de frequência muito mais alta na região de ondas milimétricas (20-100 GHz) para velocidades de dados ultrarrápidas.

Acomodar a banda de frequência mais baixa, mais próxima das regiões espectrais 4G, é menos problemático do que as mudanças significativas necessárias para realizar totalmente a capacidade 5G nas faixas de frequência mais altas. Por exemplo, o tipo de frequência está vinculado à intensidade geral do sinal. Quanto maior a frequência, menor a distância que a onda pode percorrer.

Os materiais cerâmicos têm sido usados ​​há muito tempo em tecnologias de rede de comunicações sem fio para dispositivos móveis e estações base. Aprimorar a cerâmica, portanto, tem sido um foco central na melhoria da capacidade 5G. Por sua vez, o grupo de pesquisa de Hill desenvolveu uma cerâmica para aprimorar um dispositivo crítico para aplicações 5G, chamado circulador.

Normalmente feitos de materiais cerâmicos isolantes à base de granada de ferro e ítrio, os circuladores são dispositivos de três portas que servem como rotatórias para manter o sinal fluindo em uma direção e permitir que um receptor e um transmissor compartilhem a mesma antena.

Para aumentar significativamente a densidade de energia para acomodar as frequências mais altas, os pesquisadores substituíram parcialmente o ítrio por bismuto, um elemento pesado que aumenta a constante dielétrica da cerâmica. As substituições de bismuto também permitem a miniaturização de circuladores.

À medida que a batalha da tecnologia 5G continua esquentando, os circuladores podem ser suplantados por interruptores baseados em nitreto de gálio de alta potência, o que mostra o quão cedo o estágio ainda é para o desenvolvimento da tecnologia 5G.

“É provável que a tecnologia de ondas milimétricas seja o oeste selvagem por algum tempo, já que uma tecnologia pode dominar apenas para ser rapidamente suplantada por uma tecnologia diferente”, disse Hill.

Referência: "Perspective on ceramic materials for 5G wireless communication systems" de Michael David Hill, David Bowie Cruickshank e Iain MacFarlane, 23 de março de 2021, Applied Physics Letters. DOI: 10.1063/5.0036058