Réseau d'antennes haute fréquence à couche mince pour les communications sans fil

Les chercheurs ont franchi une étape vers le développement d'un type de réseau d'antennes qui pourrait recouvrir les ailes d'un avion, fonctionner comme un patch cutané transmettant des signaux aux implants médicaux ou couvrir une pièce comme papier peint qui communique avec les appareils de l'Internet des objets (IoT).

La technologie, qui pourrait permettre de nombreuses utilisations des réseaux sans fil 5G et 6G émergents, est basée sur l'électronique à grande surface, un moyen de fabriquer des circuits électroniques sur des matériaux minces et flexibles. L'approche surmonte les limitations des semi-conducteurs au silicium conventionnels, qui peuvent fonctionner aux fréquences radio élevées nécessaires pour les applications 5G, mais ne peuvent être constitués que de quelques centimètres de large et sont difficiles à assembler dans les grands réseaux requis pour une communication améliorée avec des appareils à faible puissance. .

Pour atteindre ces grandes dimensions, d'autres ont essayé l'intégration discrète de centaines de petites puces. Mais ce n'est pas pratique - ce n'est pas bon marché, fiable ou évolutif au niveau des systèmes sans fil. La nouvelle technologie peut nativement s'adapter à de grandes dimensions telles que les écrans d'ordinateur et les téléviseurs à écran à cristaux liquides (LCD). Ceux-ci utilisent la technologie des transistors à couche mince, que l'équipe a adaptée pour une utilisation dans la signalisation sans fil.

Les chercheurs ont utilisé des transistors à couche mince d'oxyde de zinc pour créer une rangée de trois antennes de 1 pied de long (30 centimètres) dans une configuration connue sous le nom de réseau phasé. Les réseaux d'antennes phasées peuvent transmettre des signaux à faisceau étroit qui peuvent être programmés numériquement pour atteindre les fréquences et les directions souhaitées. Chaque antenne du réseau émet un signal avec un délai spécifié de ses voisins et les interférences constructives et destructives entre ces signaux s'ajoutent à un faisceau électromagnétique focalisé. Une seule antenne diffuse un signal fixe dans toutes les directions; un réseau phasé peut balayer électriquement le faisceau dans différentes directions, permettant une communication sans fil point à point.

Les antennes à réseau phasé sont utilisées depuis des décennies dans les systèmes de communication longue distance tels que les systèmes radar, les satellites et les réseaux cellulaires, mais la nouvelle technologie pourrait apporter une nouvelle flexibilité aux réseaux phasés et leur permettre de fonctionner à une gamme de fréquences radio différente de celle des systèmes précédents. .

L'électronique à grande surface est une technologie à couches minces, de sorte que les circuits peuvent être construits sur un substrat flexible sur une portée de plusieurs mètres. Tous les composants peuvent être intégrés de manière monolithique dans une feuille ayant le facteur de forme d'une feuille de papier. L'équipe a fabriqué les transistors et d'autres composants sur un substrat en verre, mais un processus similaire pourrait être utilisé pour créer des circuits sur du plastique flexible.

Ce type de système d'antenne peut être installé presque n'importe où. Lorsqu'il est utilisé comme papier peint dans une pièce, il peut permettre une communication rapide, sécurisée et économe en énergie avec un réseau distribué d'appareils IoT tels que des capteurs de température ou de mouvement. Avoir une antenne à surface flexible pourrait également être bénéfique pour les satellites, qui sont lancés dans un format compact et se déploient lorsqu'ils atteignent l'orbite, et une grande surface pourrait être avantageuse pour les communications longue distance avec les avions.

Avec un avion, parce que sa distance est si grande, une grande partie de la puissance du signal est perdue, tout comme la sensibilité. Les ailes sont une zone assez grande, donc s'il y a un récepteur à point unique sur cette aile, cela n'aide pas ; cependant, si la quantité de zone qui capte le signal peut être agrandie d'un facteur cent ou mille, la puissance du signal peut être réduite et la sensibilité de la radio peut être augmentée.