Murata Manufacturing Co., Ltd. ha desarrollado, mediante un proyecto de investigación conjunto, un módulo de antena de banda D (de 110 a 170 GHz) que combina sus tecnologías de sustratos cerámicos y encapsulado con un circuito integrado (IC) de formación de haces (beamforming). El módulo ha demostrado su capacidad para realizar comunicaciones inalámbricas a 135 GHz, transmitir señales utilizando anchos de banda de hasta 8 GHz y controlar los haces en dos dimensiones, tanto en transmisión como en recepción.
El uso creciente de la inteligencia artificial física (Physical AI), los gemelos digitales y otras tecnologías para recopilar, analizar y utilizar grandes volúmenes de datos del mundo real en tiempo real está impulsando la demanda de comunicaciones más rápidas y de mayor capacidad. Para satisfacer estos requisitos, es necesario disponer de anchos de banda más amplios que permitan transmitir una mayor cantidad de información. Las bandas de frecuencia móviles existentes ya se comparten con otros servicios inalámbricos, lo que dificulta la obtención de espectro adicional. Por ello, se están explorando frecuencias superiores a 100 GHz para futuros sistemas 6G, ya que ofrecen la posibilidad de utilizar anchos de banda de varios gigahercios.
Sin embargo, el funcionamiento a estas frecuencias plantea importantes desafíos de diseño e integración. A medida que las longitudes de onda se reducen, incluso pequeñas diferencias en la longitud de las conexiones y en la colocación de los componentes pueden afectar significativamente al rendimiento de las comunicaciones. Por tanto, las antenas y los circuitos de alta frecuencia deben diseñarse y ensamblarse con gran precisión, manteniendo al mismo tiempo unas dimensiones compactas y unas características adecuadas para su montaje y uso práctico.
Combinación de materiales cerámicos y tecnología de formación de haces
Para abordar estos desafíos, Murata combina su avanzada tecnología de sustratos cerámicos cocidos conjuntamente a baja temperatura (LTCC, Low Temperature Co-fired Ceramics) con un circuito integrado de formación de haces compatible con la banda D, desarrollado por imec*. El módulo integra las antenas con los circuitos de alta frecuencia necesarios para transmitir, recibir y controlar señales inalámbricas.
El módulo resultante es el primer módulo de antena LTCC del mundo que admite el funcionamiento en banda D y el control bidimensional de haces tanto en transmisión como en recepción**, lo que permite aprovechar los amplios anchos de banda disponibles por encima de 100 GHz y orientar los haces de radio horizontal y verticalmente para ayudar a mantener la calidad de las comunicaciones. El circuito integrado de formación de haces controla las señales de múltiples antenas para dirigir el haz hacia el dispositivo de destino.
Los materiales cerámicos desarrollados internamente por Murata se han optimizado para esta aplicación con el fin de conseguir una constante dieléctrica baja y unas pérdidas dieléctricas reducidas, contribuyendo así a minimizar las pérdidas de señal a frecuencias superiores a 100 GHz. La experiencia de Murata en diseño de alta frecuencia y tecnologías de encapsulado permite una integración precisa y de alta densidad del circuito integrado, las antenas y las conexiones de radiofrecuencia. Esto permite cumplir los exigentes requisitos de ensamblaje a estas frecuencias y, al mismo tiempo, crear un módulo compacto, de alto rendimiento y adecuado para su montaje en equipos.
Avances hacia la implementación práctica y la producción en serie
Los resultados demuestran la viabilidad de una tecnología clave de módulos de antena para futuros sistemas 6G, que combina los amplios anchos de banda disponibles por encima de 100 GHz con el control de haces para permitir comunicaciones de alta velocidad y gran capacidad, manteniendo al mismo tiempo la calidad de la comunicación. La tecnología también podría utilizarse para la detección mediante radar subterahercio y la integración de detección y comunicación (Integrated Sensing and Communication, ISAC), lo que permitiría que un mismo sistema inalámbrico proporcionara conectividad y detectara su entorno, incluidas la posición y el movimiento de los objetos.
Basándose en su sólida trayectoria en la producción en serie de componentes LTCC, Murata continuará desarrollando esta tecnología con vistas a su aplicación práctica y producción a gran escala, con el objetivo de iniciar su comercialización a partir de 2030.
