5G, hay tiêu chuẩn công nghệ thế hệ thứ năm cho mạng di động băng thông rộng, được quảng cáo là cuối cùng đã có tốc độ tải xuống cực nhanh, chấm dứt tình trạng gián đoạn cuộc gọi và bộ đệm cũng như kết nối lớn hơn để thúc đẩy phát triển xe tự hành, phẫu thuật từ xa và Internet of Things .

 

Theo Michael Hill, giám đốc kỹ thuật của Skyworks Solutions, một công ty bán dẫn tiên tiến có trụ sở tại California, trên thực tế, việc áp dụng công nghệ 5G vẫn đang ở giai đoạn đầu. Trong bài báo của họ, được xuất bản trong Chữ cái Vật lý Ứng dụngcủa AIP Publishing, Hill và các đồng nghiệp của ông cung cấp một cái nhìn tổng quan về các công nghệ 5G mới ra đời và cho thấy vật liệu gốm tăng cường có thể đóng một vai trò quan trọng như thế nào trong sự phát triển 5G.

 

5G hoạt động ở hai dải tần: 3-6 gigahertz cho các liên kết khoảng cách xa và một dải tần cao hơn nhiều trong vùng sóng milimet (20-100 GHz) cho tốc độ dữ liệu cực nhanh.

 

Điều chỉnh dải tần thấp hơn, gần với các vùng phổ 4G hơn, ít có vấn đề hơn so với những thay đổi đáng kể cần thiết để phát huy đầy đủ khả năng 5G ở dải tần cao hơn. Ví dụ, loại tần số được gắn với cường độ tín hiệu tổng thể. Tần số càng cao thì quãng đường sóng truyền được càng ngắn.

 

Vật liệu gốm từ lâu đã được sử dụng trong công nghệ mạng truyền thông không dây cho cả thiết bị di động và trạm gốc. Do đó, tăng cường gốm sứ là trọng tâm chính trong việc cải thiện khả năng 5G. Về phần mình, nhóm nghiên cứu của Hill đã phát triển một loại gốm để tăng cường một thiết bị quan trọng cho các ứng dụng 5G, được gọi là bộ tuần hoàn.

 

Thông thường được làm bằng vật liệu gốm cách điện dựa trên ngọc hồng lựu sắt yttrium, bộ tuần hoàn là thiết bị ba cổng đóng vai trò như vòng tròn lưu lượng để giữ cho tín hiệu truyền theo một hướng và cho phép máy thu và máy phát chia sẻ cùng một ăng-ten.

 

Để tăng đáng kể mật độ năng lượng để đáp ứng các tần số cao hơn, các nhà nghiên cứu đã thay thế một phần yttrium bằng bitmut, một nguyên tố nặng làm tăng hằng số điện môi của gốm. Sự thay thế bitmut cũng cho phép thu nhỏ các bộ tuần hoàn.

 

Khi cuộc chiến công nghệ 5G tiếp tục nóng lên, các thiết bị tuần hoàn có thể được thay thế bằng các thiết bị chuyển mạch dựa trên gali nitride công suất cao, cho thấy giai đoạn đầu của sự phát triển công nghệ 5G vẫn còn như thế nào.

 

Hill nói: “Công nghệ sóng milimet có thể sẽ là phương Tây hoang dã trong một thời gian, vì một công nghệ có thể thống trị chỉ để nhanh chóng bị thay thế bởi một công nghệ khác,” Hill nói.

 

Tham khảo: “Phối cảnh về vật liệu gốm cho hệ thống truyền thông không dây 5G” của Michael David Hill, David Bowie Cruickshank và Iain MacFarlane, 23 tháng 3 năm 2021, Chữ cái Vật lý Ứng dụng.

DOI: 10.1063 / 5.0036058