La conception de l'antenne doit être optimisée pour les systèmes 6G

Hank Ly, référence | 31 juillet 2023

L'évolution des réseaux de communication de cinquième génération (5G) à partir des systèmes cellulaires sans fil antérieurs est en cours dans le monde entier. L'accès à l'Internet mobile avec communications vocales, vidéo et données est fourni en combinant des équipements diversifiés de communications terrestres et par satellite (satcom). Cependant, malgré la bande passante généreuse de la 5G, elle est rapidement consommée par les personnes ainsi que par les appareils sous forme d'applications de streaming, d'Internet des objets (IoT), de capteurs, d'appareils, etc.

Cependant, avant même que l’infrastructure du réseau 5G ne soit achevée, des applications sont prévues pour la technologie de sixième génération (6G). Avec la 5G occupant le spectre des fréquences inférieures à 6 GHz et approchant les 72 GHz, la 6G s’étendra vers 1 THz.

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Malgré toutes les promesses des réseaux sans fil 5G, l’utilisation croissante de capteurs pour la sécurité, la surveillance et le contrôle dans le cadre des appareils IoT n’est que l’un des moyens par lesquels des quantités massives de données seront générées. Les réseaux 5G ne manqueront certainement pas de bande passante, avec des systèmes fonctionnant dans trois gammes de fréquences (FR) distinctes : FR1 (˂6 GHz), FR2 (24,25 à 71,0 GHz) et FR3 (7,125 à 24,250 GHz).

Mais avec l’ajout d’un nombre rapidement croissant d’appareils IoT aux réseaux 5G – ainsi qu’un nombre toujours croissant d’utilisateurs humains – la pression sera exercée sur les réseaux 5G (même avec leurs bandes passantes améliorées) pour fournir des transferts de données à faible latence dans le cadre des systèmes de sécurité. , la surveillance et les réunions d'affaires, à titre d'exemples.

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La latence typique du transfert de données pour les réseaux 5G est d’environ 4 millisecondes, ce qui peut sembler un délai insignifiant. Mais pour certaines des applications projetées pour les réseaux 6G (telles que l’imagerie holographique tridimensionnelle (3D) lors des appels téléphoniques et les réunions d’affaires à distance en réalité virtuelle (VR), une latence quasi nulle est requise pour des réponses pratiques en temps réel.

La transformation de la technologie 5G en réseaux 6G, ou du moins en systèmes avancés 5G, nécessitera une utilisation sophistiquée du spectre de fréquences englobant l'ensemble du spectre des ondes millimétriques (30 à 300 GHz), qui n'était auparavant pas considéré comme étant d'une utilisation pratique pour toute forme de communications commerciales. . L’utilisation croissante des technologies électroniques émergentes telles que l’intelligence artificielle (IA) et l’apprentissage automatique (ML) contribuera à gérer les points d’accès au réseau alors que les personnes et les objets se disputent le spectre.

En employant l'IA, les réseaux de communications sans fil 6G rassembleront des données sensorielles sur l'environnement d'exploitation, détectant la réflexion des obstacles et cartographiant instantanément les chemins de propagation optimaux pour les signaux haute fréquence. Mais pour transmettre les signaux des utilisateurs aux cellules et aux points de commutation, que ce soit au-dessus du sol, sous terre ou depuis l'espace, il faudra toujours des composants tels que des antennes réseau capables de former des faisceaux d'énergie dirigée capables de transférer de grandes quantités de données à travers des espaces aériens encombrés.

La conception et le développement mécaniques contribueront à la création de réseaux 5G/6G bien adaptés à l'écosystème d'exploitation et capables de fournir un fonctionnement pratique et fiable à long terme. À mesure que la 5G s'étend aux services 6G grâce à l'ajout de milliers de satellites en orbite terrestre basse (LEOS) pour les communications spatiales, des composants légers seront nécessaires pour des satellites toujours plus petits.

Avec la densité croissante des composants et des fonctionnalités contenus sur des PCB plus petits pour les LEOS et les petites cellules terrestres, des techniques de gestion thermique efficaces seront nécessaires pour minimiser toute accumulation de chaleur dans les petits boîtiers métalliques. En outre, une photolithographie à haute résolution sera nécessaire pour réaliser les fines largeurs de raies de circuit prenant en charge les petites longueurs d'onde des fréquences de signaux d'ondes millimétriques.

Le choix des antennes et leur interface avec l’infrastructure 5G/6G est un exemple dans lequel l’ingénierie mécanique jouera un rôle clé dans l’accompagnement des concepteurs d’antennes. Les antennes pour les réseaux 5G/6G utiliseront de nombreuses configurations, notamment des dispositifs de formation de faisceaux hautement directionnels, des antennes omnidirectionnelles, des réseaux phasés actifs avec plusieurs éléments, des antennes flexibles à circuits imprimés (PCB) pour les stations de base ou les produits cellulaires mobiles, et des antennes multiples massives. -antennes à entrées et sorties multiples (mMIMO) pour gérer un trafic de signaux important au niveau des petites cellules (Fig. 1).