Lasers de pulso ultrashort pavimentam o caminho para 5G

Módulos de antena 5G estão sendo adicionados às torres de celular. Dentro desses módulos, existem 64 antenas ativas cuja radiação se sobrepõe para garantir uma cobertura espacial ideal. No comércio, isso é conhecido como maciça de múltiplas entradas e saídas múltiplas. O MIMO maciço também molda a imagem do lado oposto: são necessárias antenas compatíveis com MIMO para que smartphones, veículos autônomos e sistemas da Indústria 4.0 possam trabalhar na rede 5G. Estes são módulos altamente complexos com 16 e mais antenas individuais. Os módulos permitem que dispositivos e sistemas móveis usem os sinais de vários transmissores simultaneamente, aumentando assim as taxas de dados transmitidos consideravelmente, sem diferença no desempenho da transmissão.

Mas existem desafios: as redes 5G funcionam com diferentes frequências de onda milimétrica gigahertz (GHz mmWave). O espectro varia de 3,3 a 77 GHZ. Quanto menor a frequência, maior a antena. Por outro lado, são necessários módulos de antena minúsculos e extremamente precisos para as frequências mais altas. No entanto, com a combinação de pequenas antenas e frequências mmWave de GHz, os problemas são inevitáveis. Por exemplo, os dedos e as mãos dos usuários de smartphones podem bloquear a transferência de dados.

Três e mais módulos de antena por smartphone

Para superar esses desafios – em outras palavras, garantir uma transferência robusta de dados MIMO em várias frequências – os fabricantes de smartphones instalarão pelo menos três módulos de antena em várias áreas de seus dispositivos 5G. Isso aumenta significativamente a demanda por módulos de antena. Há também outros desafios envolvidos na fabricação das muito complexas, em alguns casos, antenas 5G tridimensionais. “Quanto maior a frequência, mais refinadas as estruturas das antenas”, é como LPKF Laser & Electronics AG descreve a situação fundamental. A empresa oferece um processo de estruturação direta a laser, com o qual é possível conectar qualquer formato de antena, caminhos de condução ou canais de isolamento em resoluções a 25 micrômetros (µm) diretamente em componentes plásticos tridimensionais.

Coherent também abordou a demanda por soluções de produção para antenas 5G em um estágio inicial. Em um artigo científico atual, os especialistas coerentes Hatim Haloui e Dirk Müller explicam por que os lasers de pulso ultracurtos também podem demonstrar seus pontos fortes nessa área: “As antenas são fabricadas com substratos laminados que consistem em uma camada de cobre, um isolador como o LCP (polímero de cristal líquido). ) ou poliimidas modificadas e uma camada de conexão. ”No processo de produção, as estruturas da antena são cortadas no tamanho e expostas a laser. Porém, como o cobre e os polímeros têm limiares de ablação muito diferentes, é necessário extremo cuidado. Se o material da antena eletromagnética for afetado negativamente pelo calor aplicado, isso reduzirá sua vida útil ou até causará curtos-circuitos. Para evitar esses riscos, o Coherent usa um método que envolve novos lasers de picossegundos com até 30 watts de potência que funcionam na faixa de comprimento de onda ultravioleta de 355 nanômetros. “Isso permite velocidades de varredura de vários metros por segundo, com tipicamente cerca de 10 estágios necessários para os mais recentes projetos de antenas”, afirmam os autores.

Estratégia de processamento USP altamente desenvolvida

Para minimizar influências térmicas no material sensível da antena, a Coherent possui uma estratégia de processamento “Pulse EQ”. A frequência de pulso é ajustada em tempo real, dependendo se o laser está trabalhando em linha reta ou com curvas estreitas. Um sistema de controle de pulso ativo integrado garante energias de pulso estáveis. Isso resulta em imagens seccionais extremamente homogêneas, sem efeitos térmicos no laminado cobre-LCP.

Antenas em displays

Um relatório de pesquisa recente do professor Wonbin Hong e sua equipe da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang, na Coréia do Sul, teve uma resposta positiva em todo o mundo. De maneira semelhante à integração de teclados em telas sensíveis ao toque, os cientistas estão trabalhando na integração de antenas 5G não visíveis nas telas. Em um consórcio com parceiros industriais, como SK Telecom e LG Electronics, a equipe conseguiu implementar uma antena no display (AOD) na tela de toque de resolução ultra-alta de um smartphone 5G de 28 GHz e 5G pela primeira vez. Ao fazer isso, os cientistas superaram a dificuldade de integrar de três a quatro módulos com dezenas de antenas no espaço de instalação dos smartphones, que já é muito pequeno. A equipe alcançou a invisibilidade do AOD usando nanoestruturas. De acordo com o artigo, com este método é possível integrar antenas em toda a área dos displays OLED ou LCD, mesmo que sejam dobráveis ​​ou incorporados em dispositivos vestíveis.

Não importa se o futuro do 5G está na estruturação direta a laser, na produção de antenas com lasers da USP ou na tecnologia de antena no display – uma coisa é certa: a Photonics certamente desempenhará um papel fundamental.

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