作者:普林斯顿大学莫莉·夏拉赫
普林斯顿大学的研究人员开发了一种基于大面积电子技术的新型相控阵天线，这种天线可以实现新兴的5G和6G无线网络的多种用途
研究人员在普林斯顿的安德林格能源和环境中心的屋顶上测试了该系统
信用:吴灿 普林斯顿大学的研究人员朝着开发一种天线阵列迈出了一步，这种天线阵列可以覆盖飞机机翼，充当向医疗植入物传输信号的皮肤贴片，或者作为与物联网设备通信的壁纸覆盖房间
这项技术可以使新兴的5G和6G无线网络得到多种应用，它基于大面积电子技术，这是一种在薄而柔韧的材料上制造电子电路的方法
研究人员在10月10日发表的一篇论文中描述了它的发展
7自然电子学
该方法克服了传统硅半导体的限制，传统硅半导体可以在5G应用所需的高射频下工作，但只能制成几厘米宽，并且难以组装成与低功率设备增强通信所需的大阵列
“为了实现这些大尺寸，人们尝试了数百个小微芯片的分立集成
但这并不实际——它不低成本，不可靠，在无线系统层面上不可扩展，”高级研究作者纳文·维尔马说，他是电子和计算机工程教授，也是普林斯顿凯勒工程教育创新中心主任
“您需要的是一种能够在本地扩展到这些大尺寸的技术
维尔马说，我们有这样的技术——就是我们用于显示器的技术，比如电脑显示器和液晶电视
这些设备使用薄膜晶体管技术，维尔马和他的同事将其应用于无线信号传输
研究人员使用氧化锌薄膜晶体管在一个被称为相控阵的装置中制造了一排1英尺长(30厘米)的三个天线
相控天线阵列可以发射窄波束信号，这些信号可以通过数字编程来获得所需的频率和方向
阵列中的每一个天线都会发射一个信号，这个信号会在特定的时间内从它的邻居那里延迟出来，这些信号之间的相长干涉和相消干涉加起来就是一个聚焦的电磁束——类似于池塘中水滴产生的波纹之间的干涉
该研究的第一作者吴灿是斯坦福大学的博士后研究员，他完成了一项博士学位，他说，单根天线向四面八方广播一个固定的信号，“但是相控阵可以将波束扫描到不同的方向，所以你可以进行点对点的无线通信。”
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今年早些时候在普林斯顿大学的电子和计算机工程专业
相控阵天线已经在雷达系统、卫星和蜂窝网络等长距离通信系统中使用了几十年，但普林斯顿团队开发的技术可以为相控阵带来新的灵活性，使其能够在不同于以前系统的无线电频率范围内工作
吴说:“大面积电子是一种薄膜技术，因此我们可以在一个跨越几米的柔性基板上构建电路，并且我们可以将所有元件单片集成到一张纸上，其形状因子相当于一张纸。”
吴说，在这项研究中，该团队在玻璃基板上制造晶体管和其他元件，但类似的工艺也可以用于在柔性塑料上制造电路
这种类型的天线系统几乎可以安装在任何地方
当像房间壁纸一样使用时，它可以实现与温度或运动传感器等物联网设备的分布式网络的快速、安全和节能通信
拥有一个柔性表面的天线对卫星也是有益的，卫星以紧凑的形式发射，在到达轨道时展开，大的面积对与飞机的远距离通信是有利的
“对于飞机来说，因为它的距离太远，你会失去很多信号功率，你希望能够以高灵敏度进行通信
机翼是一个相当大的区域，所以如果你在机翼上有一个单点接收器，它不会有太大的帮助，但是如果你能把捕捉信号的区域扩大一百或一千倍，你就能降低信号功率，提高无线电的灵敏度，”维尔马说
除了吴和，这篇论文的合著者都来自电子和计算机工程系，都是博士
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毕业生约尼·梅尔曼(2020年)和蒂芙尼·莫伊(2017年)；研究生普拉哈尔·库马尔和马跃；博士后研究助理贾红阳；荣誉退休教授、高级学者齐格鲁德·瓦格纳；詹姆斯·斯特姆，斯蒂芬·R
电气工程教授
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