La progettazione dell'antenna necessita di ottimizzazione per i sistemi 6G

Hank Ly, Punto di riferimento | 31 luglio 2023

L’evoluzione delle reti di comunicazione di quinta generazione (5G) dai precedenti sistemi wireless cellulari si sta realizzando in tutto il mondo. L'accesso mobile a Internet con comunicazioni voce, video e dati viene fornito combinando apparecchiature diversificate di comunicazione terrestre e satellitare (satcom). Tuttavia, nonostante la generosa larghezza di banda del 5G, viene rapidamente utilizzato dalle persone e dai dispositivi sotto forma di app di streaming, Internet delle cose (IoT), sensori, elettrodomestici e altro ancora.

Tuttavia, prima ancora che l’infrastruttura di rete 5G sia stata completata, si stanno pianificando applicazioni per la tecnologia di sesta generazione (6G). Con il 5G che occupa lo spettro di frequenze inferiore a 6 GHz e vicino a 72 GHz, il 6G si estenderà verso 1 THz.

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Nonostante tutto ciò che le reti wireless 5G promettono, il crescente utilizzo di sensori per la sicurezza, la sorveglianza e il monitoraggio come parte dei dispositivi IoT è solo uno dei modi in cui verranno generate enormi quantità di dati. Le reti 5G non mancheranno certamente di larghezza di banda, con sistemi che operano entro tre distinte gamme di frequenza (FR) di FR1 (˂6 GHz), FR2 (da 24,25 a 71,0 GHz) e FR3 (da 7,125 a 24,250 GHz).

Ma con un numero in rapida crescita di dispositivi IoT aggiunti alle reti 5G – insieme a un numero sempre crescente di utenti umani – la pressione sarà sulle reti 5G (anche con le loro larghezze di banda migliorate) per fornire trasferimenti di dati a bassa latenza come parte dei sistemi di sicurezza. , sorveglianza e riunioni di lavoro, come esempi.

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La latenza tipica del trasferimento dati per le reti 5G è di circa 4 millisecondi, il che può sembrare un ritardo insignificante. Ma per alcune delle applicazioni progettate per le reti 6G (come l’imaging olografico, tridimensionale (3D) nelle telefonate e le riunioni aziendali remote in realtà virtuale (VR), è necessaria una latenza quasi pari a zero per risposte pratiche in tempo reale.

La trasformazione della tecnologia 5G in reti 6G, o almeno in sistemi avanzati 5G, richiederà un uso sofisticato dello spettro di frequenze che comprenda l’intero spettro di frequenze delle onde millimetriche (da 30 a 300 GHz) non precedentemente considerato di uso pratico per qualsiasi forma di comunicazione commerciale . Il crescente utilizzo di tecnologie elettroniche emergenti come l’intelligenza artificiale (AI) e l’apprendimento automatico (ML) aiuterà a gestire i punti di accesso alla rete mentre persone e cose competono per lo spettro.

Utilizzando l’intelligenza artificiale, le reti di comunicazione wireless 6G raccoglieranno dati sensoriali sull’ambiente operativo, rilevando il riflesso degli ostacoli e mappando istantaneamente i percorsi di propagazione ottimali per i segnali ad alta frequenza. Ma portare i segnali degli utenti alle celle e ai punti di commutazione – sia in superficie, nel sottosuolo o dallo spazio – richiederà ancora componenti come antenne a schiera in grado di formare fasci di energia diretta in grado di trasferire grandi quantità di dati attraverso spazi aerei affollati.

La progettazione e lo sviluppo meccanico contribuiranno alla creazione di reti 5G/6G ben adattate all’ecosistema operativo e in grado di fornire un funzionamento pratico e affidabile a lungo termine. Man mano che il 5G si estende ai servizi 6G attraverso l’aggiunta di migliaia di satelliti in orbita terrestre bassa (LEOS) per le comunicazioni spaziali, saranno necessari componenti leggeri per satelliti sempre più piccoli.

Con la crescente densità di componenti e funzionalità contenuti su PCB più piccoli per LEOS e piccole celle terrestri, saranno necessarie tecniche efficaci di gestione termica per ridurre al minimo qualsiasi accumulo di calore all'interno di piccoli involucri metallici. Inoltre, sarà necessaria la fotolitografia ad alta risoluzione per realizzare le sottili larghezze di linea del circuito che supportano le piccole lunghezze d'onda delle frequenze del segnale delle onde millimetriche.

La scelta delle antenne e la loro interfaccia con l’infrastruttura 5G/6G è un esempio di come l’ingegneria meccanica svolgerà un ruolo chiave nel supportare i progettisti di antenne. Le antenne per le reti 5G/6G faranno uso di molte configurazioni, inclusi dispositivi di beamforming altamente direzionali, antenne omnidirezionali, array di fasi attivi con più elementi, antenne flessibili a circuito stampato (PCB) per stazioni base o prodotti cellulari mobili e antenne multiple massicce. -antenne di ingresso e uscita multipla (mMIMO) per gestire un ampio traffico di segnali su piccole celle (Fig. 1).