Исследовательская группа факультета электротехники и вычислительной техники Инженерного колледжа Сеульского национального университета разработала первую в мире технологию 6G-антенн с формированием диаграммы направленности, интегрированных в пластину.

Технология получила название STARE. В ней антенны и радиочастотные полупроводниковые переключатели, которые управляют направлением радиоволн, изготавливаются одновременно на одной пластине.

Обычно антенны и радиочастотные полупроводниковые чипы, которые управляют электромагнитными волнами, изготавливались отдельно, а затем собирались. Однако команде Сеульского национального университета удалось объединить обе функции на одной пластине. Подобно тому, как стиральная машина и сушилка объединяются в один прибор, новый подход позволяет производить два ранее отдельных компонента в рамках одного процесса изготовления полупроводников. Эта технология закладывает основу для производства антенных решеток сверхвысокой плотности, необходимых для 6G и спутниковой связи, в более компактных и экономичных форм-факторах.

Для мобильной связи 6G и спутниковой связи требуется гораздо больше антенн, чем в существующих системах, при этом несколько антенн одновременно направляют электромагнитные волны в нужные точки. Чтобы удовлетворить эту потребность, в последнее время большое внимание уделяется перестраиваемым интеллектуальным поверхностям (РИП), которые действуют как «умные зеркала», отражающие или преломляющие электромагнитные волны в нужных направлениях, а также новым типам активных антенных технологий.

Однако традиционные технологии RIS требуют, чтобы антенны и компоненты управления электромагнитными волнами изготавливались отдельно, а затем собирались, что делает производство сложным и дорогостоящим. Жидкие кристаллы имеют низкую скорость отклика и сложны в изготовлении, а PIN-диоды и варакторы страдают от высокочастотных потерь и увеличивают объем компонентов для поверхностного монтажа. С увеличением количества антенн растет и количество компонентов, соединений и этапов сборки, что является серьезным препятствием для внедрения крупномасштабных систем 6G.

Полупроводники и антенны существенно различаются как по размеру, так и по методологии проектирования, что затрудняет их изготовление с помощью одного и того же технологического процесса. Полупроводниковые устройства обычно проектируются на нанометровом уровне, в то время как в антеннах 6G используются структуры миллиметрового уровня, определяемые длиной волны. Кроме того, программное обеспечение для проектирования полупроводников и программное обеспечение для электромагнитного моделирования антенн принципиально отличаются друг от друга, и до сих пор не существовало инструмента, который мог бы работать с обеими областями одновременно. Исследователям также пришлось столкнуться с проблемой высокой диэлектрической проницаемости и радиочастотных потерь кремния, а также с необходимостью использования дорогостоящих процессов для создания соединений в пластине.

Чтобы преодолеть эти ограничения, исследовательская группа предложила новую архитектуру под названием STARE (Semiconductor Transmit Array with Reconfigurable Elements, «полупроводниковая передающая матрица с реконфигурируемыми элементами»). В то время как традиционные активные фазированные антенные решетки можно рассматривать как «сборное антенное устройство», в котором компоненты управления электромагнитными волнами по одному присоединяются к готовым антеннам, STARE — это «интегрированное полупроводниковое антенное устройство», в котором антенны и радиочастотные полупроводниковые переключатели изготавливаются одновременно на одной пластине. Поскольку количество дискретных компонентов не должно резко увеличиваться по мере роста антенной решетки, такая архитектура хорошо подходит для массового производства.