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在全世界都在等待下一代电信技术5G全面起飞之时,一些领先的企业则正在为电信的未来——6G做准备。考虑到5G基础设施和基站的部署都还没有达到顶峰,这似乎有点为时过早。事实上,IDTechEx预测5G毫米波的高频、高性能频带会在近几年内起飞。不过,要想在未来十年实现全球范围内部署6G技术,还需要整个供应链中的众多利益相关者现在就开展关键的研发活动。这包括低损耗材料的研发,IDTechEx在其报告《2024-2034年5G和6G的低损耗材料:市场、趋势和预测》中对此进行了探讨。
01 6G技术的发展现状
首先,重要的是了解5G频段,只有这样才能理解为什么6G频段看起来如此有前景。5G频带包括Sub-6GHz频带(3.5–6 GHz)和毫米波频带(24–40 GHz)。虽然5G频段已经可以为最终用户提供更快的数据速率、低延迟和增强的可靠性,但6G还可以更进一步。
6G将可能延伸到太赫兹(THz)范围(从0.3到10THz)的频带,提供太比特每秒(Tbps)的数据传输速率、微秒级延迟和更高的网络可靠性。从技术层面来看,6G比5G最直观的提升在于更高的传输速率、更低的通信时延。有报告显示CONTROL ENGINEERING China版权所有,6G的传输速度至少会比5G快100倍www.cechina.cn,峰值网速最高可达100Gbps。
与前几代通信相比,6G的一个重大变化是它现在将包括非地面网络(NTN),这是6G的一个关键发展项目,它使传统的2D网络架构能够在3D空间中运行。低空平台 (LAP)、高空平台 (HAP)、无人机 (UAV) 和卫星都是非地面网络 的例子。除了通信之外,6G也有望进入传感、成像、无线认知和精确定位领域。Apple 为其 THz 传感器技术申请了专利,该技术用于 iDevice 中的气体传感和成像。华为还测试了几个集成传感和通信(ISAC)原型。更多的研究和试验正在进行中,以充分利用6G THz频段的潜力。
▲6G技术的一些关键应用场景。图片来源:IDTechEx
此外,伙伴关系和联盟正在成为未来6G技术创新的重要中心。最近,AI-RAN联盟成立,目标是将人工智能与无线通信技术有效结合;该联盟主要的创始成员包括三星电子、安谋、爱立信、微软、诺基亚、英伟达、软银和东北大学。
02 克服6G面临的关键技术挑战
6G技术需要解决的两个最大挑战是:非常短的信号传播距离,和由于建筑物、树木等视线障碍造成的信号损失。
对于前一个挑战,最大限度地减少传输损耗需要不同的技术进步,包括6G材料的创新。从广义上讲,材料创新是技术进步来赖以发展的重要基础。对于太赫兹通信而言,有助于将信号损耗降至最低的低损耗材料对于实现新的 6G 技术和应用至关重要。
03 研发面向6G的低损耗材料
虽然6G所需的精确性能目标仍然未知CONTROL ENGINEERING China版权所有,但可以预计,下一代低损耗材料必须至少超过当前超低损耗材料的性能。因此,一些研究人员正从目前商业使用的低损耗材料开始,来寻找应对6G低损耗材料带来挑战的解决方案。这些方法可以将新型结构或改性剂结合到工业标准介电材料中,例如聚四氟乙烯(PTFE)和增强环氧热固性树脂。
另外,有一些公司正在考虑对集成封装用低损耗材料的需求。随着电信组件持续集成到更小的封装件中,对封装所需材料的需求也在增加。聚酰亚胺(PI)和聚对苯醚(PPE)等有机材料正被用于开发基底构建材料。
在用于集成封装的无机材料方面,正在进行更实质性的研究活动。很多已经发表的论文,证明了在天线集成管芯嵌入式封装中使用玻璃作为衬底的可行性,这可以减少互连时的信号损耗。此外,许多论文正在探索用于6G应用的低温共烧陶瓷(LTCC)的新型陶瓷组合物。
最后,还有一些研究方法正在使用不太传统的材料,如低成本的热塑性塑料、二氧化硅泡沫或木质复合材料。研究方法的多样性不仅表明了人们对6G低损耗材料的兴趣,还揭示了未来6G低损失材料的多样性。