克服6G的关键技术挑战：低损耗材料

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　　6G有望在5G的基础上提供更强大的性能，包括更高的传输速率、更低的通信时延，以及增强的可靠性。

　　在全世界都在等待下一代电信技术5G全面起飞之时，一些领先的企业则正在为电信的未来——6G做准备。考虑到5G基础设施和基站的部署都还没有达到顶峰，这似乎有点为时过早。事实上，IDTechEx预测5G毫米波的高频、高性能频带会在近几年内起飞。不过，要想在未来十年实现全球范围内部署6G技术，还需要整个供应链中的众多利益相关者现在就开展关键的研发活动。这包括低损耗材料的研发，IDTechEx在其报告《2024-2034年5G和6G的低损耗材料：市场、趋势和预测》中对此进行了探讨。

　　01  6G技术的发展现状

　　首先，重要的是了解5G频段，只有这样才能理解为什么6G频段看起来如此有前景。5G频带包括Sub-6GHz频带（3.5–6 GHz）和毫米波频带（24–40 GHz）。虽然5G频段已经可以为最终用户提供更快的数据速率、低延迟和增强的可靠性，但6G还可以更进一步。

　　6G将可能延伸到太赫兹（THz）范围（从0.3到10THz）的频带，提供太比特每秒（Tbps）的数据传输速率、微秒级延迟和更高的网络可靠性。从技术层面来看，6G比5G最直观的提升在于更高的传输速率、更低的通信时延。有报告显示，6G的传输速度至少会比5G快100倍，峰值网速最高可达100Gbps。

　　与前几代通信相比，6G的一个重大变化是它现在将包括非地面网络（NTN），这是6G的一个关键发展项目，它使传统的2D网络架构能够在3D空间中运行。低空平台 （LAP）、高空平台 （HAP）、无人机 （UAV） 和卫星都是非地面网络 的例子。除了通信之外，6G也有望进入传感、成像、无线认知和精确定位领域。Apple 为其 THz 传感器技术申请了专利，该技术用于 iDevice 中的气体传感和成像。华为还测试了几个集成传感和通信（ISAC）原型。更多的研究和试验正在进行中，以充分利用6G THz频段的潜力。

▲6G技术的一些关键应用场景。图片来源：IDTechEx

　　此外，伙伴关系和联盟正在成为未来6G技术创新的重要中心。最近，AI-RAN联盟成立，目标是将人工智能与无线通信技术有效结合；该联盟主要的创始成员包括三星电子、安谋、爱立信、微软、诺基亚、英伟达、软银和东北大学。

　　02  克服6G面临的关键技术挑战

　　6G技术需要解决的两个最大挑战是：非常短的信号传播距离，和由于建筑物、树木等视线障碍造成的信号损失。

　　对于前一个挑战，最大限度地减少传输损耗需要不同的技术进步，包括6G材料的创新。从广义上讲，材料创新是技术进步来赖以发展的重要基础。对于太赫兹通信而言，有助于将信号损耗降至最低的低损耗材料对于实现新的 6G 技术和应用至关重要。

　　03  研发面向6G的低损耗材料

　　虽然6G所需的精确性能目标仍然未知，但可以预计，下一代低损耗材料必须至少超过当前超低损耗材料的性能。因此，一些研究人员正从目前商业使用的低损耗材料开始，来寻找应对6G低损耗材料带来挑战的解决方案。这些方法可以将新型结构或改性剂结合到工业标准介电材料中，例如聚四氟乙烯（PTFE）和增强环氧热固性树脂。

　　另外，有一些公司正在考虑对集成封装用低损耗材料的需求。随着电信组件持续集成到更小的封装件中，对封装所需材料的需求也在增加。聚酰亚胺（PI）和聚对苯醚（PPE）等有机材料正被用于开发基底构建材料。

　　在用于集成封装的无机材料方面，正在进行更实质性的研究活动。很多已经发表的论文，证明了在天线集成管芯嵌入式封装中使用玻璃作为衬底的可行性，这可以减少互连时的信号损耗。此外，许多论文正在探索用于6G应用的低温共烧陶瓷（LTCC）的新型陶瓷组合物。

　　最后，还有一些研究方法正在使用不太传统的材料，如低成本的热塑性塑料、二氧化硅泡沫或木质复合材料。研究方法的多样性不仅表明了人们对6G低损耗材料的兴趣，还揭示了未来6G低损失材料的多样性。