La céramique améliorée pourrait jouer un rôle central dans l'avancement de la haute

Par American Institute of Physics23 mars 2021

Avantages des systèmes 5G. Crédit : Skyworks Solutions

Certaines technologies 5G sont encore considérées comme le Far West en matière de développement de matériaux et de conception.

La 5G, ou la norme technologique de cinquième génération pour les réseaux cellulaires à large bande, est présentée comme étant enfin arrivée pour des vitesses de téléchargement ultrarapides, la fin des appels interrompus et de la mise en mémoire tampon, et une plus grande connectivité pour faire progresser le développement de véhicules autonomes, la chirurgie à distance et l'Internet des objets. .

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, par AIP Publishing, Hill et ses collègues donnent un aperçu des technologies 5G naissantes et montrent comment l'amélioration des matériaux céramiques pourrait jouer un rôle central dans le développement de la 5G.

La 5G fonctionne dans deux bandes de fréquences : 3-6 gigahertz pour les liaisons longue distance et une bande de fréquences beaucoup plus élevée dans la région des ondes millimétriques (20-100 GHz) pour des vitesses de données ultrarapides.

L'adaptation de la bande de fréquences inférieure, plus proche des régions spectrales 4G, est moins problématique que les changements importants nécessaires pour réaliser pleinement la capacité 5G dans les plages de fréquences supérieures. Par exemple, le type de fréquence est lié à la puissance globale du signal. Plus la fréquence est élevée, plus la distance parcourue par l'onde est courte.

Les matériaux céramiques sont utilisés depuis longtemps dans les technologies de réseau de communication sans fil pour les appareils mobiles et les stations de base. L'amélioration de la céramique a donc été au centre de l'amélioration de la capacité 5G. De son côté, le groupe de recherche de Hill a développé une céramique pour améliorer un dispositif essentiel pour les applications 5G, appelé circulateur.

Généralement constitués de matériaux céramiques isolants à base de grenat de fer et d'yttrium, les circulateurs sont des dispositifs à trois ports qui servent de ronds-points pour maintenir le signal dans une direction et permettre à un récepteur et à un émetteur de partager la même antenne.

Pour augmenter significativement la densité d'énergie pour s'adapter aux fréquences plus élevées, les chercheurs ont partiellement remplacé l'yttrium par du bismuth, un élément lourd qui augmente la constante diélectrique de la céramique. Les substitutions de bismuth permettent également la miniaturisation des circulateurs.

Alors que la bataille technologique 5G continue de s'intensifier, les circulateurs pourraient être supplantés par des commutateurs à base de nitrure de gallium haute puissance, ce qui montre à quel point le développement de la technologie 5G est encore précoce.

"La technologie à ondes millimétriques sera probablement le Far West pendant un certain temps, car une technologie peut dominer pour être rapidement supplantée par une technologie différente", a déclaré Hill.

Référence : "Perspective on ceramic materials for 5G wireless communication systems" par Michael David Hill, David Bowie Cruickshank et Iain MacFarlane, 23 mars 2021, Applied Physics Letters.DOI : 10.1063/5.0036058