Dunne-film, hoogfrequente antenne-array voor draadloze communicatie

Onderzoekers hebben een stap gezet in de richting van de ontwikkeling van een soort antenne-array die de vleugels van een vliegtuig kan bedekken, kan fungeren als een huidpatch die signalen naar medische implantaten verzendt, of een kamer kan bedekken als behang dat communiceert met Internet of Things (IoT)-apparaten.

De technologie, die veel toepassingen van opkomende draadloze 5G- en 6G-netwerken mogelijk zou kunnen maken, is gebaseerd op elektronica met een groot oppervlak, een manier om elektronische circuits te fabriceren op dunne, flexibele materialen. De aanpak overwint de beperkingen van conventionele siliciumhalfgeleiders, die kunnen werken op de hoge radiofrequenties die nodig zijn voor 5G-toepassingen, maar die slechts tot enkele centimeters breed kunnen worden gemaakt en moeilijk te monteren zijn in de grote arrays die nodig zijn voor verbeterde communicatie met apparaten met een laag vermogen .

Om deze grote afmetingen te bereiken, hebben anderen de discrete integratie van honderden kleine microchips geprobeerd. Maar dat is niet praktisch - het is niet goedkoop, betrouwbaar of schaalbaar op draadloos systeemniveau. De nieuwe technologie kan native worden geschaald naar grote afmetingen, zoals computermonitoren en lcd-televisies (liquid crystal display). Deze maken gebruik van dunne-filmtransistortechnologie, die het team heeft aangepast voor gebruik in draadloze signalering.

De onderzoekers gebruikten dunne-filmtransistors van zinkoxide om een ​​30 centimeter lange rij van drie antennes te maken in een opstelling die bekend staat als een phased array. Gefaseerde antenne-arrays kunnen signalen met een smalle bundel verzenden die digitaal kunnen worden geprogrammeerd om de gewenste frequenties en richtingen te bereiken. Elke antenne in de array zendt een signaal uit met een gespecificeerde tijdsvertraging van zijn buren en de constructieve en destructieve interferentie tussen deze signalen leidt tot een gefocusseerde elektromagnetische straal. Een enkele antenne zendt een vast signaal uit in alle richtingen; een phased array kan de straal elektrisch in verschillende richtingen scannen, waardoor punt-naar-punt draadloze communicatie mogelijk wordt.

Phased array-antennes worden al tientallen jaren gebruikt in langeafstandscommunicatiesystemen zoals radarsystemen, satellieten en mobiele netwerken, maar de nieuwe technologie zou nieuwe flexibiliteit kunnen bieden aan phased arrays en hen in staat stellen te werken op een ander bereik van radiofrequenties dan eerdere systemen .

Grootschalige elektronica is een dunnefilmtechnologie, dus circuits kunnen over een spanwijdte van meters op een flexibel substraat worden gebouwd. Alle componenten kunnen monolithisch worden geïntegreerd in een vel met de vormfactor van een stuk papier. Het team fabriceerde de transistors en andere componenten op een glazen substraat, maar een soortgelijk proces zou kunnen worden gebruikt om circuits op flexibel plastic te maken.

Dit type antennesysteem kan bijna overal worden geïnstalleerd. Wanneer het wordt gebruikt als behang in een kamer, kan het snelle, veilige en energiezuinige communicatie mogelijk maken met een gedistribueerd netwerk van IoT-apparaten zoals temperatuur- of bewegingssensoren. Het hebben van een antenne met een flexibel oppervlak kan ook gunstig zijn voor satellieten, die in een compact formaat worden gelanceerd en zich uitvouwen wanneer ze een baan om de aarde bereiken, en een groot gebied kan gunstig zijn voor communicatie over lange afstanden met vliegtuigen.

Met een vliegtuig, omdat de afstand zo ver is, gaat veel van het signaalvermogen verloren, evenals de gevoeligheid. De vleugels zijn een vrij groot gebied, dus als er een enkelpuntsontvanger op die vleugel is, helpt het niet; Als het gebied dat het signaal opvangt echter met een factor honderd of duizend kan worden vergroot, kan het signaalvermogen worden verminderd en de gevoeligheid van de radio worden verhoogd.