Antennes 6G : Vers des débits de 100 Gbps grâce aux nouvelles conceptions

Avec l’évolution rapide des communications sans fil, la 6G représente la prochaine étape après la 5G. Elle vise des vitesses largement supérieures, une latence minimale, une efficacité énergétique renforcée et une intégration encore plus poussée des technologies. Atteindre 100 gigabits par seconde (100 Gbps) constitue cependant un défi technique majeur qui repose en grande partie sur la conception des antennes et l’exploitation de nouvelles fréquences.

Les défis d’un débit de 100 Gbps

Pour atteindre un tel débit, il est nécessaire d’utiliser des bandes de fréquences extrêmement larges, généralement dans le domaine millimétrique ou sub-térahertz, situées entre 100 et 300 GHz, voire davantage. Ces fréquences offrent beaucoup de spectre disponible, mais présentent des pertes de propagation considérables. À ces fréquences, le signal est très sensible aux obstacles, à l’atmosphère et même à l’humidité, ce qui impose l’utilisation d’antennes à haut gain et de techniques comme le beamforming. L’intégration dans des appareils compacts reste également un enjeu, car les antennes doivent être miniaturisées, efficaces et adaptées à une production de masse.

Avancées dans la conception d’antennes

Les recherches récentes ont permis des percées notables. Une équipe a développé une antenne topologique intégrée capable de maintenir un gain stable de plus de 12 dBi sur une bande d’environ 30 GHz, tout en offrant une directivité contrôlée sur une plage angulaire de 36 degrés. Cette conception, testée dans le domaine térahertz, a permis de transmettre des données à 100 Gbps, démontrant la faisabilité de telles vitesses dans des environnements expérimentaux. Parallèlement, des chercheurs japonais ont présenté un module radio ultra-compact fonctionnant autour de 150 GHz, basé sur un réseau d’antennes intégrées. Sa taille réduite et sa faible consommation en font une solution envisageable pour les futurs terminaux mobiles 6G. D’autres travaux se concentrent sur des réseaux d’antennes microstrip associés à des guides d’ondes intégrés au substrat et à des surfaces sélectives en fréquence. Ces structures permettent d’augmenter à la fois la bande passante et la directivité. Certaines conceptions atteignent des gains supérieurs à 17 dBi et couvrent des bandes allant de 120 à 160 GHz, ouvrant la voie à des communications stables et efficaces dans la plage sub-térahertz.

Principes clés et limites

Ces progrès s’appuient sur des principes communs. L’utilisation de fréquences très élevées permet d’obtenir la bande passante nécessaire, mais impose des antennes à fort gain capables de compenser les pertes. Les innovations comme les métasurfaces, les guides intégrés et les antennes topologiques améliorent la directivité et l’efficacité, tandis que le contrôle actif des faisceaux devient indispensable pour maintenir une connexion robuste. Toutefois, la portée reste limitée, les coûts de fabrication demeurent élevés et l’électronique associée doit encore progresser pour fonctionner efficacement dans ces bandes. L’intégration dans les terminaux utilisateurs exigera aussi des compromis entre performances, consommation et fiabilité.

Les avancées en matière d’antennes montrent qu’il est désormais possible d’atteindre 100 Gbps dans des conditions expérimentales ou pour des usages spécifiques comme le backhaul ou les stations fixes. Les antennes topologiques, les réseaux mmWave et sub-térahertz, ainsi que les designs innovants comme ceux basés sur les guides intégrés, constituent des pistes solides pour la 6G. Cependant, la généralisation de ces solutions nécessitera encore des efforts importants afin de réduire les coûts, d’améliorer la robustesse et de résoudre les contraintes de propagation.

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Sources :

Valley-conserved topological integrated antenna for 100-Gbps THz 6G wireless — Science Advances

Developing an ultra-compact phased-array transceiver for 6G applications — TechXplore

6G Broadband and High Directive Microstrip Antenna with SIW and FSSs — Journal of Educational Science and Technology

Future prospects of 6G wireless communication: review of antenna technologies — Discover Electronics