5G, eller femte generationens teknikstandard för bredbandsnätverk, sägs ha äntligen kommit för ultrasnabba nedladdningshastigheter, ett slut på avbrutna samtal och buffring, och större anslutningsmöjligheter för att främja utvecklingen av autonoma fordon, fjärrkirurgi, och Internet of Things.

I sanning, Antagandet av 5G-teknik är fortfarande i ett tidigt skede, enligt Michael Hill, teknisk chef för Skyworks Solutions, ett Kalifornien-baserat avancerad halvledarföretag. I deras papper, publicerad i Tillämpad fysikbokstäver , Hill och hans kollegor ger en översikt över begynnande 5G-tekniker och visar hur förbättrande keramiska material kan spela en avgörande roll i 5G-utvecklingen.

5G fungerar i två frekvensband:3-6 gigahertz för långdistanslänkar och ett mycket högre frekvensband i millimetervågsområdet (20-100 GHz) för ultrasnabba datahastigheter.

Tillgodose det lägre frekvensbandet, närmare 4G-spektralområdena, är mindre problematisk än de betydande förändringar som krävs för att fullt ut förverkliga 5G-kapaciteten i de högre frekvensområdena. Till exempel, frekvenstypen är bunden till den övergripande signalstyrkan. Ju högre frekvens, desto kortare sträcka kan vågen färdas.

Keramiska material har länge använts i trådlösa kommunikationsnätverkstekniker för både mobila enheter och basstationer. Förbättra keramik, därför, har varit ett centralt fokus för att förbättra 5G-kapaciteten. För deras del, Hills forskargrupp har utvecklat en keramik för att förbättra en enhet som är avgörande för 5G-applikationer, kallas cirkulationspump.

Vanligtvis gjord av isolerande keramiska material baserade på yttriumjärngranat, Cirkulatorer är enheter med tre portar som fungerar som trafikcirklar för att hålla signalen flytande i en riktning och göra det möjligt för en mottagare och en sändare att dela samma antenn.

För att avsevärt öka energitätheten för att rymma de högre frekvenserna, forskarna har delvis ersatt yttrium med vismut, ett tungt element som ökar keramikens dielektricitetskonstant. Vismutsubstitutionerna möjliggör även miniatyrisering av cirkulatorer.

När striden om 5G-teknik fortsätter att hetta upp, Cirkulatorer kan ersättas av högeffekts galliumnitrid-baserade strömbrytare, vilket visar hur tidigt stadium fortfarande är för 5G-teknikutveckling.

"Millimetervågsteknik kommer sannolikt att vara vilda västern under en tid, eftersom en teknik kan dominera bara för att snabbt ersättas av en annan teknik, " sa Hill.