無線通信用の薄膜、高周波アンテナアレイ

研究者たちは、飛行機の翼を覆ったり、医療用インプラントに信号を送信する皮膚パッチとして機能したり、モノのインターネット（IoT）デバイスと通信する壁紙として部屋を覆ったりできるタイプのアンテナアレイの開発に向けた一歩を踏み出しました。

新たな5Gおよび6Gワイヤレスネットワークの多くの用途を可能にする可能性のあるこの技術は、薄くて柔軟な材料上に電子回路を製造する方法である大面積電子機器に基づいています。このアプローチは、5Gアプリケーションに必要な高い無線周波数で動作できるが、幅が数センチメートルまでしかなく、低電力デバイスとの通信を強化するために必要な大きなアレイに組み立てることが難しい従来のシリコン半導体の制限を克服します。 。

これらの大きな寸法を達成するために、他の人は何百もの小さなマイクロチップの個別の統合を試みました。しかし、それは実用的ではありません。ワイヤレスシステムレベルでは、低コスト、信頼性、拡張性はありません。新しいテクノロジーは、コンピューターモニターや液晶ディスプレイ（LCD）テレビなどの大規模なサイズにネイティブに拡張できます。これらは、チームが無線信号での使用に適合させた薄膜トランジスタ技術を使用しています。

研究者たちは、酸化亜鉛薄膜トランジスタを使用して、フェーズドアレイと呼ばれるセットアップで3つのアンテナの長さ1フィート（30センチメートル）の列を作成しました。フェーズドアンテナアレイは、デジタルでプログラムして目的の周波数と方向を実現できるナロービーム信号を送信できます。アレイ内の各アンテナは、隣接するアンテナから指定された時間遅延の信号を放射し、これらの信号間の建設的および破壊的な干渉により、集束された電磁ビームが発生します。単一のアンテナが固定信号を全方向にブロードキャストします。フェーズドアレイは、ビームをさまざまな方向に電気的にスキャンできるため、ポイントツーポイントの無線通信が可能になります。

フェーズドアレイアンテナは、レーダーシステム、衛星、セルラーネットワークなどの長距離通信システムで数十年にわたって使用されてきましたが、新しいテクノロジーにより、フェーズドアレイに新しい柔軟性がもたらされ、以前のシステムとは異なる範囲の無線周波数で動作できるようになります。 。

大面積電子機器は薄膜技術であるため、数メートルの範囲にわたってフレキシブル基板上に回路を構築できます。すべてのコンポーネントは、一枚の紙のフォームファクターを持つシートにモノリシックに統合できます。チームはガラス基板上にトランジスタやその他のコンポーネントを製造しましたが、同様のプロセスを使用して、柔軟なプラスチック上に回路を作成することもできます。

このタイプのアンテナシステムは、ほとんどどこにでも設置できます。部屋の壁紙のように使用すると、温度センサーやモーションセンサーなどのIoTデバイスの分散ネットワークとの迅速で安全かつエネルギー効率の高い通信が可能になります。柔軟な表面のアンテナを持つことは、コンパクトな形式で打ち上げられ、軌道に到達すると展開する衛星にとっても有益である可能性があり、広い領域は航空機との長距離通信に有利である可能性があります。

飛行機の場合、距離が遠いため、感度と同様に信号電力の多くが失われます。翼はかなり広い領域であるため、その翼にシングルポイントレシーバーがある場合は役に立ちません。ただし、信号をキャプチャする領域の量を100倍または1000倍に拡大できる場合は、信号電力を減らし、無線の感度を上げることができます。