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USP: Centro de Ondas Milimétricas permite testar e desenvolver tecnologias para 5G

Publicado em 08 abril 2020

Foi inaugurado na Escola Politécnica (Poli) da Universidade de São Paulo (USP) o Centro de Ondas Milimétricas (Centro mmW). Equipado com apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), o espaço permite que empresas e grupos de pesquisa possam fazer medidas e desenvolver equipamentos, circuitos e dispositivos de telecomunicação projetados para operar em frequências de até 110 gigahertz (GHz).

Essas frequências, que estão no espectro de ondas milimétricas – variável entre 30 e 300 GHz –, serão usadas na quinta geração das redes sem fio para celulares, a 5G, e em gerações futuras.

“A novidade da rede 5G é que, além de usar todas as frequências utilizadas em outros protocolos de transmissão de dados, também agregará uma nova, próxima de 30 gigahertz”, diz Ariana Lacorte Caniato Serrano, professora da Poli-USP e coordenadora do Centro mmW, à Agência Fapesp.

Já em operação em algumas cidades dos Estados Unidos, China, Coreia do Sul e Reino Unido e prevista para chegar ao Brasil em 2021, a rede 5G permitirá transportar, por meio dessas altas frequências, grandes quantidades de dados, com velocidade até 20 vezes maior do que a 4G atual. Além disso, ela possibilitará diminuir a latência nas conexões e o tempo de download de dados.

Transmissões

Dessa forma, será possível fazer transmissões de vídeo em tempo real sem interrupções e com melhor resolução. “Esse aumento da frequência resultará em um incremento da banda para transmissão de dados. Com a tecnologia 5G será possível transmitir mais dados em tempo real e com maior precisão”, explica a coordenadora.

A expectativa é de que a rede 5G também permita aumentar a conexão de máquinas e dispositivos e que isso resulte na expansão da internet das coisas, inteligência artificial, robótica e aprendizado de máquinas.

Os impactos mais positivos da tecnologia deverão ser na indústria, ao permitir agilizar os processos e tornar as fábricas mais inteligentes. Os setores mais beneficiados deverão ser o de saúde e o automobilístico – este, especialmente, com o desenvolvimento de radares mais seguros para os carros autônomos –, estimam especialistas na área.

“As próximas gerações dos sistemas de telecomunicações utilizarão, cada vez mais, altas frequências para aumentar o volume e velocidade de transmissão de dados para centenas de gigabits por segundo [Gbps]”, enfatiza Ariana Lacorte Caniato Serrano.

“A ideia do centro é contribuir para o desenvolvimento de dispositivos, equipamentos e sistemas que operem nesse alto espectro de frequência”, completa a pesquisadora.

Pesquisa e desenvolvimento

O centro possui equipamentos que permitem fazer a caracterização elétrica de circuitos passivos, ativos e integrados, além de equipamentos e dispositivos, como antenas de celulares.

No caso da rede 5G, por exemplo, as ondas de alta frequência utilizadas não viajam para tão longe como as de baixa frequência usadas na rede 4G e têm dificuldades para contornar obstáculos, como paredes e edifícios. Por esta razão, as operadoras precisarão instalar uma quantidade maior de miniantenas para obter a mesma cobertura que a da rede 4G.

Por meio de um equipamento disponível no centro, o analisador de vetorial de redes, adquirido ao custo de US$ 600 mil com recursos da Fapesp na linha de fomento Equipamentos Multiusuários, é possível avaliar a potência do sinal transmitido por essas antenas.

Já por meio de outro equipamento construído por pesquisadores da Poli-USP com recursos da Fapesp e do fundo patrimonial “Amigos da Poli”, chamado câmara anecoica mmW, é possível analisar em um diagrama de radiação tridimensional (3D) em quais direções as antenas jogam sinal no ar.

“O centro permite medir e caracterizar materiais, sensores e radares, por exemplo, e desenvolver novos dispositivos aliados à simulação eletromagnética tridimensional, com softwares de ponta”, pontua Serrano.

Radiofrequência

Por meio de um projeto também apoiado pela Fapesp, os pesquisadores vinculados ao centro desenvolveram dispositivos de radiofrequência (RF) utilizando um substrato de nanofios.

Semelhantes a uma placa de circuito impresso, porém em escala miniaturizada, os dispositivos permitem integrar em um mesmo substrato capacitores de alta densidade e aparelhos passivos para aplicações em ondas milimétricas de alto desempenho. Dessa forma, é possível desenvolver transformadores que funcionam em frequências de 50 Ghz, por exemplo.

“Normalmente, os transformadores funcionam até em alguns gigahertz. Por meio dessa tecnologia, conseguimos produzir esses dispositivos usando processos de microeletrônica empregados hoje na fabricação de chip para computadores”, diz Gustavo Pamplona Rehder, professor da Poli-USP e coordenador do projeto, à Agência Fapesp.