克服6G的關鍵技術挑戰(zhàn)：低損耗材料

 

　　在全世界都在等待下一代電信技術5G全面起飛之時，一些領先的企業(yè)則正在為電信的未來——6G做準備。考慮到5G基礎設施和基站的部署都還沒有達到頂峰，這似乎有點為時過早。事實上，IDTechEx預測5G毫米波的高頻、高性能頻帶會在近幾年內(nèi)起飛。不過，要想在未來十年實現(xiàn)全球范圍內(nèi)部署6G技術，還需要整個供應鏈中的眾多利益相關者現(xiàn)在就開展關鍵的研發(fā)活動。這包括低損耗材料的研發(fā)，IDTechEx在其報告《2024-2034年5G和6G的低損耗材料：市場、趨勢和預測》中對此進行了探討。
 

　　01  6G技術的發(fā)展現(xiàn)狀
 

　　首先，重要的是了解5G頻段，只有這樣才能理解為什么6G頻段看起來如此有前景。5G頻帶包括Sub-6GHz頻帶(3.5–6 GHz)和毫米波頻帶(24–40 GHz)。雖然5G頻段已經(jīng)可以為最終用戶提供更快的數(shù)據(jù)速率、低延遲和增強的可靠性，但6G還可以更進一步。
 

　　6G將可能延伸到太赫茲(THz)范圍(從0.3到10THz)的頻帶，提供太比特每秒(Tbps)的數(shù)據(jù)傳輸速率、微秒級延遲和更高的網(wǎng)絡可靠性。從技術層面來看，6G比5G最直觀的提升在于更高的傳輸速率、更低的通信時延。有報告顯示，6G的傳輸速度至少會比5G快100倍，峰值網(wǎng)速最高可達100Gbps。
 

　　與前幾代通信相比，6G的一個重大變化是它現(xiàn)在將包括非地面網(wǎng)絡(NTN)，這是6G的一個關鍵發(fā)展項目，它使傳統(tǒng)的2D網(wǎng)絡架構能夠在3D空間中運行。低空平臺 (LAP)、高空平臺 (HAP)、無人機 (UAV) 和衛(wèi)星都是非地面網(wǎng)絡 的例子。除了通信之外，6G也有望進入傳感、成像、無線認知和精確定位領域。Apple 為其 THz 傳感器技術申請了專利，該技術用于 iDevice 中的氣體傳感和成像。華為還測試了幾個集成傳感和通信(ISAC)原型。更多的研究和試驗正在進行中，以充分利用6G THz頻段的潛力。
 

▲6G技術的一些關鍵應用場景。圖片來源：IDTechEx
 

　　此外，伙伴關系和聯(lián)盟正在成為未來6G技術創(chuàng)新的重要中心。最近，AI-RAN聯(lián)盟成立，目標是將人工智能與無線通信技術有效結合；該聯(lián)盟主要的創(chuàng)始成員包括三星電子、安謀、愛立信、微軟、諾基亞、英偉達、軟銀和東北大學。
 

　　02  克服6G面臨的關鍵技術挑戰(zhàn)
 

　　6G技術需要解決的兩個最大挑戰(zhàn)是：非常短的信號傳播距離，和由于建筑物、樹木等視線障礙造成的信號損失。
 

　　對于前一個挑戰(zhàn)，最大限度地減少傳輸損耗需要不同的技術進步，包括6G材料的創(chuàng)新。從廣義上講，材料創(chuàng)新是技術進步來賴以發(fā)展的重要基礎。對于太赫茲通信而言，有助于將信號損耗降至最低的低損耗材料對于實現(xiàn)新的 6G 技術和應用至關重要。
 

　　03  研發(fā)面向6G的低損耗材料
 

　　雖然6G所需的精確性能目標仍然未知，但可以預計，下一代低損耗材料必須至少超過當前超低損耗材料的性能。因此，一些研究人員正從目前商業(yè)使用的低損耗材料開始，來尋找應對6G低損耗材料帶來挑戰(zhàn)的解決方案。這些方法可以將新型結構或改性劑結合到工業(yè)標準介電材料中，例如聚四氟乙烯(PTFE)和增強環(huán)氧熱固性樹脂。
 

　　另外，有一些公司正在考慮對集成封裝用低損耗材料的需求。隨著電信組件持續(xù)集成到更小的封裝件中，對封裝所需材料的需求也在增加。聚酰亞胺(PI)和聚對苯醚(PPE)等有機材料正被用于開發(fā)基底構建材料。
 

　　在用于集成封裝的無機材料方面，正在進行更實質性的研究活動。很多已經(jīng)發(fā)表的論文，證明了在天線集成管芯嵌入式封裝中使用玻璃作為襯底的可行性，這可以減少互連時的信號損耗。此外，許多論文正在探索用于6G應用的低溫共燒陶瓷(LTCC)的新型陶瓷組合物。
 

　　最后，還有一些研究方法正在使用不太傳統(tǒng)的材料，如低成本的熱塑性塑料、二氧化硅泡沫或木質復合材料。研究方法的多樣性不僅表明了人們對6G低損耗材料的興趣，還揭示了未來6G低損失材料的多樣性。