Улучшенная керамика может сыграть решающую роль в продвижении высоких технологий

Американский институт физики, 23 марта 2021 г.

Преимущества систем 5G. Кредит: Skyworks Solutions

Некоторые технологии 5G до сих пор считаются диким западом в плане материалов и дизайна.

5G, или технологический стандарт пятого поколения для широкополосных сотовых сетей, рекламируется как наконец-то появившийся для обеспечения сверхвысокой скорости загрузки, прекращения прерывания вызовов и буферизации, а также расширения возможностей подключения для продвижения разработки автономных транспортных средств, удаленной хирургии и Интернета вещей. .

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"}]">В журнале «Applied Physics Letters» издательства AIP Publishing Хилл и его коллеги представляют обзор зарождающихся технологий 5G и показывают, как улучшение керамических материалов может сыграть ключевую роль в развитии 5G.

5G работает в двух диапазонах частот: 3–6 гигагерц для связи на большие расстояния и гораздо более высокий диапазон частот в диапазоне миллиметровых волн (20–100 ГГц) для сверхбыстрых скоростей передачи данных.

Адаптация нижнего диапазона частот, ближе к спектральным областям 4G, менее проблематична, чем значительные изменения, необходимые для полной реализации возможностей 5G в более высоких частотных диапазонах. Например, тип частоты привязан к общей мощности сигнала. Чем выше частота, тем меньшее расстояние может преодолеть волна.

Керамические материалы уже давно используются в технологиях сетей беспроводной связи как для мобильных устройств, так и для базовых станций. Поэтому улучшение керамики было центральным направлением в улучшении возможностей 5G. Со своей стороны, исследовательская группа Хилла разработала керамику для улучшения устройства, которое имеет решающее значение для приложений 5G, называемого циркулятором.

Циркуляторы, обычно изготовленные из изолирующих керамических материалов на основе железо-иттриевого граната, представляют собой трехпортовые устройства, которые служат в качестве транспортных развязок, поддерживая прохождение сигнала в одном направлении и позволяя приемнику и передатчику использовать одну и ту же антенну.

Чтобы значительно увеличить плотность энергии для работы на более высоких частотах, исследователи частично заменили иттрий висмутом, тяжелым элементом, который увеличивает диэлектрическую проницаемость керамики. Замены висмута также позволяют миниатюризировать циркуляторы.

Поскольку битва за технологию 5G продолжает накаляться, циркуляторы могут быть заменены мощными переключателями на основе нитрида галлия, что показывает, насколько рано еще находится стадия развития технологии 5G.

«Технология миллиметрового диапазона, вероятно, какое-то время будет диким западом, поскольку одна технология может доминировать только для того, чтобы ее быстро вытеснила другая технология», - сказал Хилл.

Ссылка: «Перспективы керамических материалов для систем беспроводной связи 5G», Майкл Дэвид Хилл, Дэвид Боуи Круикшенк и Иэн Макфарлейн, 23 марта 2021 г., Applied Physics Letters. DOI: 10.1063/5.0036058