Dans l’univers des technologies de communication en constante évolution, une équipe de chercheurs a mis au point une méthode innovante pour accélérer la transmission des signaux au-delà de la 5G/6G (B5G/6G). Cette découverte pourrait ouvrir la voie à des avancées significatives dans le domaine des communications sans fil.
Une percée dans la transmission des signaux B5G/6G
Taku Nakajima et Kazuji Suzuki de l’Université de Nagoya au Japon, en collaboration avec leurs collègues, ont créé un guide d’ondes en niobium qui accélère la transition des signaux B5G/6G. La fréquence des ondes de données a continué à augmenter avec l’introduction des technologies B5G/6G.
Bien que les lignes de transmission métalliques actuellement utilisées puissent gérer le B5G/6G, la recherche s’est concentrée sur les métaux supraconducteurs, comme le niobium, qui ont une perte de transmission plus faible et peuvent gérer des fréquences plus élevées.
Nakajima et son équipe ont évalué l’utilisation du niobium dans un guide d’ondes, une ligne de transmission tridimensionnelle composée d’un tube métallique qui guide et confine les ondes le long d’un chemin spécifique, minimisant les pertes dues à la radiation et à l’absorption. Travailler avec le métal s’est avéré difficile car il était susceptible de se déformer et de subir des dommages lors de la fabrication et de la manipulation.
Surmonter les défis de la fabrication
« La fabrication d’un modèle physique d’un guide d’ondes était très difficile. Au début, il n’était pas possible de le traiter avec une précision quelconque », a précisé Taku Nakajima. Le résultat de leur première coupe a causé une bavure de fraisage, une projection indésirable du métal.
« Nous avons cherché le meilleur outil de coupe et les paramètres de coupe et avons finalement trouvé que les outils revêtus de carbone de type diamant étaient les meilleurs. Ce processus d’essai et d’erreur a pris plusieurs mois. »
En utilisant leur méthode, les chercheurs ont fabriqué des guides d’ondes rectangulaires capables de transmettre des ondes radio dans la bande des 100 GHz nécessaires pour les communications B5G/6G.
Ils ont comparé la conductivité de leur guide d’ondes en niobium à celle de matériaux courants non supraconducteurs pour les guides d’ondes : un cuivre au tellure plaqué or et un alliage d’aluminium. Ils ont testé les deux à température ambiante et à basse température car les caractéristiques des métaux supraconducteurs changent avec le refroidissement, entrant dans ce que l’on appelle l’état supraconducteur, qui se caractérise par une faible résistance électrique.
Des résultats prometteurs pour les communications B5G/6G
«Comme prévu, nous avons constaté que la conductivité s’améliore à mesure que la température du métal diminue, ce qui entraîne une réduction des pertes dans le circuit», a commenté Taku Nakajima.
« En utilisant des simulations de champ électromagnétique, nous avons calculé la conductivité et la perte de transmission de chaque métal. La conductivité du niobium à l’état supraconducteur était de 1 000 à 10 000 fois supérieure à celle de l’alliage d’aluminium. De plus, la perte de transmission du niobium à l’état supraconducteur était calculée pour être plusieurs dixièmes de celle des autres métaux. Ces deux facteurs contribuent à la création d’un environnement de communication de haute qualité et de haute précision. »
Les résultats de cette étude ont des implications importantes pour l’utilisation de leur technologie pour les communications B5G/6G.
Selon le professeur Nakajima : « En appliquant les résultats de cette recherche, un système de réception ultra-sensible sans précédent peut être réalisé dans les récepteurs de radiotélescopes pour les observations astronomiques, où les circuits de guides d’ondes sont déjà largement utilisés, et dans les équipements de mesure environnementale pour l’atmosphère terrestre. Cela ouvrira de nouveaux domaines d’observation scientifique en utilisant des ondes radio de haute fréquence, comme l’observation de galaxies très éloignées dans l’univers primitif, qui n’émettent que des ondes radio très faibles, ou la surveillance des changements dans les constituants atmosphériques à l’état de trace dans l’atmosphère supérieure de la Terre. »
En synthèse
Cette recherche représente une avancée significative dans le domaine des communications sans fil, en particulier pour les technologies B5G/6G. L’utilisation de métaux supraconducteurs comme le niobium pourrait permettre d’améliorer la qualité et la précision des communications, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles applications dans divers domaines, de l’observation astronomique à la surveillance environnementale.
Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce que le niobium et pourquoi est-il important dans cette recherche ?
Le niobium est un métal supraconducteur qui a une faible perte de transmission et peut gérer des fréquences plus élevées. Dans cette recherche, il a été utilisé pour créer un guide d’ondes qui accélère la transition des signaux B5G/6G.
Quels sont les défis de la fabrication d’un guide d’ondes en niobium ?
Le niobium est susceptible de se déformer et de subir des dommages lors de la fabrication et de la manipulation. Les chercheurs ont dû passer par un processus d’essai et d’erreur pour trouver les meilleurs outils et paramètres de coupe.
Quels sont les avantages de l’utilisation du niobium dans les communications B5G/6G ?
Le niobium, à l’état supraconducteur, a une conductivité 1 000 à 10 000 fois supérieure à celle de l’alliage d’aluminium. De plus, sa perte de transmission est plusieurs dixièmes de celle des autres métaux. Ces deux facteurs contribuent à la création d’un environnement de communication de haute qualité et de haute précision.
Quelles sont les applications potentielles de cette recherche ?
Les résultats de cette recherche peuvent être appliqués dans les récepteurs de radiotélescopes pour les observations astronomiques et dans les équipements de mesure environnementale pour l’atmosphère terrestre. Cela pourrait ouvrir de nouveaux domaines d’observation scientifique en utilisant des ondes radio de haute fréquence.
Qui sont les chercheurs impliqués dans cette étude ?
Outre Taku Nakajima et Kazuji Suzuki de l’Université de Nagoya, les collaborateurs comprenaient des chercheurs de l’Observatoire astronomique national du Japon, de la société Kawashima Manufacturing Co., et de l’Institut national d’information et de technologie des communications.
Les chercheurs ont publié leurs résultats dans le Journal of Physics.
Légende illustration principale : Il présente une conductivité améliorée par rapport aux matériaux métalliques normaux, comme le cuivre tellurique plaqué or (au milieu) et un alliage d’aluminium (à gauche), et peut transmettre les ondes radio nécessaires aux communications B5G/6G. Crédit : Taku Nakajima
The study, « Propagation in Superconducting Niobium Rectangular Waveguide in the 100 GHz band, » has been published in Journal of Physics: Conference Series at DOI: 10.1088/1742-6596/2545/1/012021. Auteurs : Taku Nakajima, Kazuji Suzuki, Takafumi Kojima, Yoshinori Uzawa, Masayuki Ishino, and Issei Watanabe
