This post is also available in:
English (אנגלית)
כל דור חדש של תקשורת אלחוטית מציב דרישות גבוהות יותר בפני השבבים המשולבים בסמארטפונים, בתחנות בסיס סלולריות ובכלי רכב מחוברים. ככל שדור 5 מתפתח לעבר דור 6, שבבי תדר הרדיו (RF) נדרשים להתמודד בו-זמנית עם מספר הולך וגדל של ערוצי תקשורת, תחומי תדר ושירותים אלחוטיים. כתוצאה מכך נדרש מספר גדול יותר של מתגי RF, שהם רכיבים אלקטרוניים המנתבים אותות בין חלקים שונים במעגל. התוצאה היא שבבים גדולים ומורכבים יותר, הצורכים יותר אנרגיה.
חוקרים מהאוניברסיטה הלאומית של סינגפור (National University of Singapore) פיתחו סוג חדש של מתג RF זעיר, שעשוי לסייע בפתרון הבעיה. הטכנולוגיה מבוססת על מתגים ממוריסטיביים (Memristive Switches), שהם רכיבים אלקטרוניים המסוגלים "לזכור" את מצבם האחרון גם לאחר ניתוק אספקת החשמל, ובכך לאפשר פיתוח שבבי תקשורת קטנים וחסכוניים יותר באנרגיה.
בניגוד למתגי RF קונבנציונליים המבוססים על טרנזיסטורים או דיודות, הדורשים בדרך כלל אספקת מתח רציפה כדי לשמור על מצב הפעולה שלהם, המתגים החדשים שומרים על מצבם לאחר קבלת פולס חשמלי קצר. יכולת ה"זיכרון" הזו מתאפשרת בזכות שכבה דקה של בורון ניטריד משושה (Hexagonal Boron Nitride – hBN), הממוקמת בין שתי אלקטרודות מזהב. על פי דיווח של TechXplore, כאשר מופעל מתח חשמלי נוצרת, או נעלמת, תעלה מוליכה זעירה בתוך החומר, המשנה את ההתנגדות החשמלית שלו. לאחר שנוצר המצב החדש, הוא נשמר גם ללא אספקת מתח נוספת, כך שהמתג ממשיך לנתב את אותות הרדיו תוך צריכת אנרגיה זניחה.
אחד היתרונות הבולטים של הטכנולוגיה הוא ממדיה הזעירים. כל מתג מודד 2×2 מיקרומטרים בלבד, כלומר, הוא קטן פי כ־25,000 ממתגי RF קונבנציונליים רבים המשמשים ביישומים דומים. למרות גודלם המזערי, הצליחו החוקרים לשלב את המתגים ישירות בשבבי מיקרוגל מסחריים המבוססים על גליום ניטריד (GaN), מבלי לשנות את ארכיטקטורת הטרנזיסטורים שעליהם הם מבוססים.
כדי להדגים את השימוש המעשי בטכנולוגיה שילבו החוקרים את המתגים בשלושה מעגלי RF שונים. אחד מהם שימש לכיוון עוצמת האות, השני לבחירה בין מסלולי אות שונים, והשלישי לשינוי תדר הפעולה של מסנן ב־6 גיגה־הרץ. בנוסף, המתגים פעלו בתדרים של עד 100 גיגה־הרץ, תחום המכסה הן את תדרי רשתות ה־5G הקיימות והן את תחומי התדר הגבוהים הצפויים למלא תפקיד מרכזי ברשתות דור 6.
למרות שהטכנולוגיה פותחה עבור מערכות תקשורת אזרחיות, היא עשויה להועיל גם לתחומי הביטחון וביטחון הפנים. מכשירי קשר צבאיים, מערכות מכ"ם, תקשורת לוויינית ומערכות לוחמה אלקטרונית זקוקים יותר ויותר לרכיבי RF קומפקטיים וגמישים, המסוגלים לפעול במגוון רחב של תחומי תדר. מתגים קטנים השומרים על מצבם ללא צריכת אנרגיה רציפה עשויים להפחית את הגודל, המשקל וצריכת החשמל של מערכות אלה, ולאפשר יכולות מתקדמות יותר של תקשורת וחישה בשטח.
החוקרים מציינים כי נדרשת עדיין עבודה נוספת לפני שניתן יהיה למסחר את הטכנולוגיה, בעיקר כדי לשפר את עמידותה לאורך זמן ולפשט את תהליך הייצור. עם זאת, שילובם המוצלח של המתגים הממוריסטיביים במעגלי RF פעילים מהווה צעד משמעותי לקראת פיתוח רכיבי תקשורת אלחוטית קטנים, יעילים וחסכוניים יותר, הן עבור יישומים אזרחיים והן עבור מערכות ביטחוניות.
המחקר פורסם כאן.
