Anteriormente, taxas de transmissão de dados sem fio mais altas eram alcançadas através de esquemas de modulação cada vez mais complexos, que encapsulavam mais dados de bits na mesma fatia de espectro.Esta solução atingiu actualmente o seu limite de aplicação prática, portanto, no futuro, seja projetado para aplicações comerciais de capacidade de transferência 5G ou ligações militares de alta capacidade, dependerá de largura de banda mais ampla em vez de modulação mais densa.Esta transformação tecnológica forçou os designers a se voltarem para o espectro de ondas milimétricas (mmWave), que pode atingir várias novas funções através de recursos de espectro abundantes, mas também traz uma série de desafios de projeto completamente diferentes.
O sistema de comunicações 5G está a beneficiar de anos de trabalho de investigação inicialmente conduzido por empresas de defesa.A tecnologia de antena de matriz em fase originária do campo de defesa nacional pode alcançar a varredura de feixe e rastreamento síncrono de vários alvos, e agora é amplamente adotado em aplicações 5G para a transmissão simultânea de vários fluxos de dados para vários usuários.Os sistemas comerciais operam cada vez mais em bandas de frequência como 28 GHz e 39 GHz para obter a largura de banda necessária para ligações multi-gigabit.
Analog Devices, Inc. and other companies utilize their accumulated millimeter wave expertise in defense industry applications to provide standard components that meet both defense performance requirements and commercial infrastructure manufacturing needsA tecnologia avançada de montagem de superfície de IC de alta frequência contribui para a implantação em larga escala da tecnologia 5G.
Tanto a 5G como a indústria de defesa dependem de hardware avançado de alta frequência.enquanto aplicações militares como a guerra eletrônica (EW) exigem uma largura de banda operacional mais ampla para garantir capacidades de detecção de espectroApesar destas diferenças, o desenvolvimento da largura de banda de modulação ampla no campo do 5G estimulou um benefício simbiótico a nível da fabricação.
A integração da tecnologia de ondas milimétricas nestes domínios permitiu alcançar a escala de fabrico necessária para a sua implantação comercial.Esta fusão reduz consideravelmente os custos associados de depender de processos de montagem caros de pequenos lotes de "chips e fios" para produzir produtos de aplicação militar.
Esta escala baseia-se em ICs de radiofrequência altamente integrados (RFID), módulos de matriz em fases e soluções de teste fáceis de usar.Estas soluções são cada vez mais oferecidas a pequenas empresas de design, que no passado não tinham o orçamento ou as capacidades especializadas dos grandes empreiteiros de defesa.
Esta promoção mútua também forma uma infraestrutura de teste compartilhada.No passado, o teste de antenas de matriz em fase a 28 GHz e 39 GHz exigia câmaras anecoicas grandes e caras.A adoção generalizada do 5G promoveu o desenvolvimento de soluções de teste OTA prontas e acessíveis, que as empresas de defesa podem usar para resolver rapidamente os desafios de desenvolvimento de produtos sem exigir um investimento financeiro significativo.A popularidade destes blocos de construção validados e diretamente implantáveis permite que empresas de design de todos os tamanhos usem ondas milimétricas como um subsistema fácil de gerenciar, facilitando a transformação de aplicações de ondas milimétricas promissoras de diagramas esquemáticos em hardware implantável.
Inovação do espectro
Durante décadas, a inovação tecnológica sem fios empregou dois métodos fundamentalmente diferentes: codificar mais informações em cada estado de sinal diferente (símbolo),ou expandir o espaço espectral utilizado para transmitir informações.
Os esquemas de modulação mais simples priorizam a robustez e a integridade do sinal, enquanto os esquemas mais complexos melhoram a capacidade de transferência de dados transmitindo mais bits por símbolo.O método de modulação básica usa uma pequena quantidade de informações (como um único bit) para representar cada símboloOs designers podem melhorar o desempenho do sistema usando esquemas de modulação mais complexos, como o QAM, para codificar mais informações para cada símbolo,ou através do acesso a canais de espectro mais amplo em bandas de ondas milimétricas de frequência mais elevada.
A modulação determina como os dados são empacotados em uma transportadora, enquanto os amplificadores de potência (PAs) garantem que os bits de dados cheguem ao destino pretendido.Os amplificadores de potência priorizam a eficiência e a linearidade dentro das faixas de frequência designadas para suportar matrizes em fase de alto rendimentoNo entanto, em sistemas militares, uma faixa de frequência mais ampla e maior potência são geralmente buscadas para melhorar a clareza do radar, as capacidades de comunicação por satélite e a usabilidade.
Mesmo com o avanço da tecnologia de modulação, ainda há um limite fundamental para a quantidade de dados empurrados através de faixas de frequência de portadora (FC) específicas.Um princípio chave é que o débito de dados está diretamente relacionado com a largura do canal, que é a largura de banda do sinal modulado (FBW). Para alcançar taxas de transmissão de dados mais elevadas, é necessário um canal de frequência portadora mais amplo,como mudar de uma rodovia de uma única faixa lotada para uma rodovia de dez faixas (Figura 1).