무선 통신을 위한 박막, 고주파 안테나 어레이

연구원들은 비행기 날개를 코팅하거나, 의료 임플란트에 신호를 전송하는 피부 패치 역할을 하거나, 사물 인터넷(IoT) 장치와 통신하는 벽지로 방을 덮을 수 있는 일종의 안테나 어레이를 개발하는 방향으로 한 걸음 더 나아갔습니다.

새로운 5G 및 6G 무선 네트워크의 많은 사용을 가능하게 할 수 있는 이 기술은 얇고 유연한 재료에 전자 회로를 제조하는 방법인 대면적 전자 장치를 기반으로 합니다. 이 접근 방식은 5G 애플리케이션에 필요한 고주파수에서 작동할 수 있지만 최대 몇 센티미터 너비로 구성할 수 있고 저전력 장치와의 향상된 통신에 필요한 대형 어레이로 조립하기 어려운 기존 실리콘 반도체의 한계를 극복합니다. .

이러한 큰 치수를 달성하기 위해 다른 사람들은 수백 개의 작은 마이크로칩의 개별 통합을 시도했습니다. 그러나 그것은 실용적이지 않습니다. 무선 시스템 수준에서 저렴하거나 안정적이거나 확장 가능하지 않습니다. 새로운 기술은 기본적으로 컴퓨터 모니터 및 LCD(액정 디스플레이) 텔레비전과 같은 큰 크기로 확장할 수 있습니다. 이들은 팀이 무선 신호에 사용하도록 조정한 박막 트랜지스터 기술을 사용합니다.

연구원들은 산화아연 박막 트랜지스터를 사용하여 위상 배열(phased array)로 알려진 설정에서 3개의 안테나로 구성된 1피트(30센티미터) 행을 생성했습니다. 위상 안테나 어레이는 원하는 주파수와 방향을 달성하도록 디지털로 프로그래밍할 수 있는 좁은 빔 신호를 전송할 수 있습니다. 어레이의 각 안테나는 인접 안테나로부터 지정된 시간 지연을 가진 신호를 방출하고 이러한 신호 간의 보강 및 상쇄 간섭은 집중된 전자기 빔을 합산합니다. 단일 안테나는 모든 방향으로 고정 신호를 방송합니다. 위상 배열은 빔을 전기적으로 다른 방향으로 스캔할 수 있어 지점 간 무선 통신이 가능합니다.

위상 배열 안테나는 레이더 시스템, 위성 및 셀룰러 네트워크와 같은 장거리 통신 시스템에서 수십 년 동안 사용되어 왔지만 새로운 기술은 위상 배열에 새로운 유연성을 제공하고 이전 시스템과 다른 무선 주파수 범위에서 작동할 수 있습니다. .

대면적 전자는 박막 기술이므로 회로는 미터 범위에 걸쳐 유연한 기판에 구축될 수 있습니다. 모든 구성 요소는 한 장의 종이와 같은 폼 팩터를 가진 시트에 모놀리식으로 통합될 수 있습니다. 팀은 유리 기판에 트랜지스터 및 기타 구성 요소를 제작했지만 유사한 프로세스를 사용하여 유연한 플라스틱에 회로를 만들 수 있습니다.

이러한 유형의 안테나 시스템은 거의 모든 곳에 설치할 수 있습니다. 방의 벽지처럼 사용하면 온도 또는 동작 센서와 같은 IoT 장치의 분산 네트워크와 빠르고 안전하며 에너지 효율적인 통신이 가능합니다. 표면이 유연한 안테나를 사용하면 소형 형식으로 발사되어 궤도에 도달하면 펼쳐지는 위성에도 유용할 수 있으며 넓은 지역은 항공기와의 장거리 통신에 유리할 수 있습니다.

비행기의 경우 거리가 너무 멀기 때문에 감도와 마찬가지로 많은 신호 전력이 손실됩니다. 날개는 상당히 넓은 영역이므로 해당 날개에 단일 지점 수신기가 있으면 도움이 되지 않습니다. 그러나 신호를 포착하는 영역의 양이 100배 또는 1000배까지 확장될 수 있다면 신호 전력은 감소하고 라디오의 감도는 증가할 수 있습니다.