Båndbredde til allestedsnærværende 5G og mere kan være lige rundt om hjørnet med dette nye mikrosystem

En ny måde at udnytte terahertz (THz) radiospektret kan vise sig at være omkostningseffektiv og pålidelig nok til at kommercialisere nye, underudnyttede frekvenser til højvolumenapplikationer til 5G og videre.

Udviklet på KTH Kgl. en ny generation af metoder og mikrohardware bliver i øjeblikket brugt i et testbed af netværksleverandøren Ericsson til at køre en fuldt funktionel trådløs forbindelse, der opererer mellem 110-170 GHz på deres Lindholmen lab facilitet i Sverige.

Hovedforfatter James Campion fra Institut for Mikro- og Nanosystemer på KTH, siger, at løsningen involverer at udnytte silicium til at skabe overkommelige, skalerbare alternativer til eksisterende hardwareløsninger. Forfatterne rapporterede deres resultater for nylig i IEEE-transaktioner på Terahertz videnskab og teknologi .

"Vi introducerer den første integration af silicium-germanium aktive kredsløb med silicium-mikromaskinebearbejdede bølgeledere, " siger han. "Og for første gang, industrielle processer bliver brugt til at fremstille alle systemkomponenter, med automatiseret samling af THz-systemerne."

Han siger, at de integrerede mikroelektromekaniske aktuatorer, som er mulige i silicium-mikrobearbejdede processer, muliggøre oprettelsen af ​​billige tunerbare systemer i denne tilgang. De mikrobearbejdede bølgeledere er fremstillet på KTH's Electrum Laboratory i Kista, med state-of-the-art integrerede kredsløb designet af forskere hos Ericsson og Chalmers fremstillet hos Infineon Technologies.

Erkendelsen af, at THz-frekvenser er nødvendige for at understøtte fortsat vækst i datatrafik rundt om i verden, har ført til en jagt på måder at aktivere 100-500 GHz-båndet til kommerciel brug. I USA, båndene mellem 100-300 GHz er blevet tildelt af Federal Communications Commission til brug i kommunikationsapplikationer, give en vej til fremtidig kommercialisering.

Campion siger, at løsningen vælter to store barrierer for at give kompakt, billige punkt-til-punkt højhastighedskommunikationsforbindelser i dette frekvensområde. For det første er omkostningerne ved aktive kredsløb, som nu er baseret på skrøbelige, tynde substrater, der kun kan fremstilles i små mængder; sekund, de metalliske bølgeledere kræver præcision i størrelsesordenen titusinder af mikron.

"Dette begrænser THz-frekvenser til engangsprototyper eller kun videnskabelige og forskningsmæssige applikationer, " siger Campion. Disse traditionelle systemer kræver også præcis manuel samling og kan ikke produceres i bulk, han siger.

"Terahertz-frekvensspektret skal bruges til at understøtte de kontinuerlige stigninger i den globale trådløse datatrafik, " siger han. "5G vil ikke være tilstrækkeligt – der kræves nye løsninger med højere båndbredde ud over 5G."

"Vores tilgang kan i høj grad reducere omkostningerne til hardware og derved muliggøre udbredt brug af THz-spektret, mens skalerbarheden giver mulighed for distribuerede applikationer til tingenes internet og massive netværk af miniaturiserede sensorer."