Ett nytt sätt att utnyttja radiospektrumet terahertz (THz) kan visa sig vara kostnadseffektivt och tillräckligt tillförlitligt för att kommersialisera nya, underutnyttjade frekvenser för applikationer med hög volym för 5G och senare.

Utvecklad vid Kungliga Tekniska Högskolan, en ny generation av metoder och mikrohårdvara används för närvarande i en testbädd av nätverksleverantören Ericsson för att köra en fullt fungerande trådlös länk som fungerar mellan 110-170 GHz vid dess Lindholmen labb i Sverige.

Huvudförfattare James Campion från Institutionen för mikro- och nanosystem på KTH, säger att lösningen innebär att utnyttja kisel för att skapa prisvärda, skalbara alternativ till befintliga hårdvarulösningar. Författarna rapporterade nyligen sina resultat IEEE-transaktioner på Terahertz vetenskap och teknik .

"Vi introducerar den första integrationen av aktiva kretsar av kisel-germanium med kiselmikrobearbetade vågledare, " säger han. "Och för första gången, industriella processer används för att tillverka alla systemkomponenter, med automatiserad montering av THz-systemen."

Han säger att de integrerade mikroelektromekaniska ställdonen, som är möjliga i kiselmikrobearbetade processer, möjliggöra skapandet av avstämbara system till låg kostnad i detta tillvägagångssätt. De mikrobearbetade vågledarna tillverkas vid KTH:s Elektrolaboratorium i Kista, med toppmoderna integrerade kretsar designade av forskare på Ericsson och Chalmers tillverkade på Infineon Technologies.

Insikten om att THz-frekvenser behövs för att stödja fortsatt tillväxt i datatrafik runt om i världen har lett till en jakt på sätt att möjliggöra 100-500 GHz-bandet för kommersiellt bruk. I USA., banden mellan 100-300 GHz har tilldelats av Federal Communications Commission för användning i kommunikationstillämpningar, tillhandahålla en väg för framtida kommersialisering.

Campion säger att lösningen välter två stora hinder för att ge kompakt, låg kostnad punkt-till-punkt höghastighetskommunikationslänkar i detta frekvensutrymme. Först är kostnaden för aktiva kretsar, som nu bygger på bräcklig, tunna substrat som endast kan tillverkas i små volymer; andra, de metalliska vågledarna kräver precision i storleksordningen tiotals mikron.

"Detta begränsar THz-frekvenser till enstaka prototyper eller endast vetenskapliga och forskningsapplikationer, " säger Campion. Dessa traditionella system kräver också exakt manuell montering och kan inte tillverkas i bulk, han säger.

"Terahertz-frekvensspektrumet måste användas för att stödja den kontinuerliga ökningen av global trådlös datatrafik, " säger han. "5G kommer inte att räcka – nya lösningar med högre bandbredd krävs utöver 5G."

"Vårt tillvägagångssätt kan kraftigt minska kostnaderna för hårdvara och därigenom möjliggöra utbredd användning av THz-spektrumet, medan skalbarheten möjliggör distribuerade applikationer för sakernas internet och massiva nätverk av miniatyriserade sensorer."