La cerámica mejorada podría desempeñar un papel fundamental en el avance alto

Por Instituto Americano de Física 23 de marzo de 2021

Ventajas de los sistemas 5G. Crédito: Soluciones Skyworks

Algunas tecnologías 5G todavía se consideran el salvaje oeste en el desarrollo de materiales y diseños.

Se promociona que 5G, o el estándar de tecnología de quinta generación para redes celulares de banda ancha, finalmente llegó para velocidades de descarga ultrarrápidas, el fin de las llamadas caídas y el almacenamiento en búfer, y una mayor conectividad para avanzar en el desarrollo de vehículos autónomos, cirugía remota e Internet de las cosas. .

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, de AIP Publishing, Hill y sus colegas brindan una descripción general de las tecnologías 5G incipientes y muestran cómo la mejora de los materiales cerámicos podría desempeñar un papel fundamental en el desarrollo de 5G.

5G opera en dos bandas de frecuencia: 3-6 gigahercios para enlaces de larga distancia y una banda de frecuencia mucho más alta en la región de ondas milimétricas (20-100 GHz) para velocidades de datos ultrarrápidas.

Acomodar la banda de frecuencia más baja, más cerca de las regiones espectrales de 4G, es menos problemático que los cambios significativos necesarios para realizar completamente la capacidad de 5G en los rangos de frecuencia más altos. Por ejemplo, el tipo de frecuencia está ligado a la intensidad general de la señal. Cuanto mayor sea la frecuencia, menor será la distancia que puede viajar la onda.

Los materiales cerámicos se han utilizado durante mucho tiempo en tecnologías de redes de comunicaciones inalámbricas tanto para dispositivos móviles como para estaciones base. Por lo tanto, mejorar la cerámica ha sido un enfoque central para mejorar la capacidad 5G. Por su parte, el grupo de investigación de Hill ha desarrollado una cerámica para mejorar un dispositivo que es crítico para las aplicaciones 5G, llamado circulador.

Por lo general, hechos de materiales cerámicos aislantes a base de granate de hierro itrio, los circuladores son dispositivos de tres puertos que sirven como círculos de tráfico para mantener el flujo de la señal en una dirección y permitir que un receptor y un transmisor compartan la misma antena.

Para aumentar significativamente la densidad de energía para adaptarse a las frecuencias más altas, los investigadores han reemplazado parcialmente el itrio con bismuto, un elemento pesado que aumenta la constante dieléctrica de la cerámica. Las sustituciones de bismuto también permiten la miniaturización de los circuladores.

A medida que la batalla de la tecnología 5G continúa calentándose, los circuladores podrían ser reemplazados por interruptores basados ​​en nitruro de galio de alta potencia, lo que muestra cuán temprana es aún la etapa para el desarrollo de la tecnología 5G.

"Es probable que la tecnología de ondas milimétricas sea el salvaje oeste durante algún tiempo, ya que una tecnología puede dominar solo para ser reemplazada rápidamente por una tecnología diferente", dijo Hill.

Referencia: "Perspectiva sobre materiales cerámicos para sistemas de comunicación inalámbrica 5G" por Michael David Hill, David Bowie Cruickshank e Iain MacFarlane, 23 de marzo de 2021, Applied Physics Letters.DOI: 10.1063/5.0036058