1.     ¿En qué se diferencian los componentes y materiales 6G respecto a sus equivalentes 5G?
 
Navneet: La tecnología 6G será considerablemente distinta a 5G. Una diferencia importante es el uso de frecuencias extremadamente altas por encima de 100 GHz, entre 140 y 240 GHz, con el fin de proporcionar los anchos de banda necesarios para transportar varios gigabytes de datos. En 5G, las frecuencias utilizadas pertenecen al rango de 28/39 GHz y, gracias al avance del encapsulado, la fabricación y las medidas de materiales resulta mucho más sencillo desarrollar, medir y fabricar un sistema muy eficiente. Dado que los componentes 6G han de trabajar a frecuencias extremadamente elevadas, se han de diseñar, procesar y encapsular en consecuencia. Por tanto, las metodologías aplicables a 5G podrían no ser válidas para 6G. Las señales de alta frecuencia sufren fuertes atenuaciones y otros muchos problemas cuando se propagan a través de componentes 6G, de ahí que se evalúen continuamente componentes especiales para su uso en 6G. Se están empleando materiales como el SiGe en el proceso de fabricación, reduciendo su grosor hasta aproximadamente 5 mil/2 mil (milésimas de pulgada) para el desarrollo de componentes eficientes con una mínima pérdida de señal. Teniendo en cuenta todos estos aspectos, es necesario asegurar una alta exactitud y fiabilidad a altas frecuencias en la tecnología de medida para expresar el rendimiento de los materiales.
 
Junto con el material utilizado para 6G, el otro aspecto de 6G es la caracterización de componentes. Debido a que los dispositivos 6G trabajan a frecuencias extremadamente altas, es muy importante caracterizar estos dispositivos para conocer su nivel de rendimiento a frecuencias más elevadas. El tamaño tan reducido de estos dispositivos exige unas habilidades especiales para su caracterización y configuración, como disponer de un analizador de redes vectoriales (vector network analyser, VNA), una estación de prueba, sondas (con pasos muy pequeños del orden de 100 um o 75 um) con una cámara de alta resolución y un profesional especializado capaz de efectuar ensayos sobre el dispositivos al nivel del agua y con experiencia en la realización de medidas para evaluar si las calibraciones/medidas son buenas o no. La caracterización del dispositivo es muy importante, especialmente para quienes desarrollan modelos de dispositivos ya que les interesa comprobar la respuesta del ancho de banda de sus dispositivos 6G y el contenido de armónicos de sus dispositivos. Para llevar a cabo medidas de banda ancha necesitan un VNA de barrido para banda ancha.
 
 
2.     ¿Qué características del rendimiento son importantes y qué valores necesitan obtener?
 
Navneet: Desde el punto de vista de los materiales y sus medidas, las principales características del rendimiento que se necesita medir y validar son las propiedades del material, como constantes dieléctricas, permitividad efectiva, tangentes de pérdidas, conductividad, etc. Los parámetros son los mismos que con cualquier material, pero las técnicas de medida de estos parámetros son y serán cada vez más complejas con los materiales para 6G. Dado que el grosor de los materiales será tan pequeño y que se espera que funcionen a frecuencias extremadamente altas, es preciso prestar una enorme atención al seleccionar el método de medida y al realizar las medidas.
Varios estudios de investigación sugieren diversos métodos para efectuar las medidas en los materiales, todos ellos con sus ventajas e inconvenientes.
 
Por lo que se refiere a la caracterización del dispositivo, la característica más importante es la medida del parámetro S, el cual indica hasta qué punto es bueno o malo el rendimiento del dispositivo. Los parámetros S o de dispersión indican qué proporción de la señal refleja el dispositivo (S11) y cuál es la eficiencia de la señal al atravesar el dispositivo (S21). Medir el parámetro S a unas frecuencias tan altas (del orden de 140 a 240 GHz) ofrece sus propias dificultades a causa del tamaño y el comportamiento del dispositivo. Hasta ahora, Anritsu ha comprobado varios componentes activos y pasivos con los máximos niveles de precisión y exactitud.
 
 
3. ¿A qué retos se enfrentan los desarrolladores al comprobar estos componentes y materiales?
 
Navneet: Las medidas de materiales siempre son muy complicadas pero también muy interesantes. Los desarrolladores siempre se están preguntando:
·       ¿Qué método de medida es el más adecuado para sus materiales? ¿Métodos resonantes o no resonantes? ¿Qué espacio libre?
·       ¿Qué es más importante, la exactitud de la medida o una medida de banda ancha por sí misma?
·       ¿Qué método de medida proporcionará los resultados más rápidos y exactos?
·       ¿Qué accesorios podrán sostener un material, una lámina o un sustrato tan fino?
·       ¿Qué tipo de entorno se necesita para probar el material?
·       Tras efectuar las medidas, ¿cómo confirmar que son correctas?
 
Todas estas preguntas acechan a los desarrolladores y generan dudas en ellos. La elección de la técnica de medida adecuada es la cuestión más importante que se debe abordar y la que exige destinar más tiempo. Otros factores importantes son la repetibilidad de la medida del sistema completo.
 
En cuanto a la caracterización del dispositivo, los desarrolladores, y especialmente quienes desarrollan modelos de dispositivos, están muy interesados en el contenido de armónicos 
(3º armónico, 5º armónico) del dispositivo bajo prueba, por eso siempre es preferible disponer de medidas de barrido en banda ancha (que cubran desde bajas frecuencias hasta frecuencias extremadamente altas, p.ej., 70 kHz a 220 GHz) para parámetros S. De este modo se pueden identificar con facilidad las áreas problemáticas de sus dispositivos y asegurar que se introducen cambios en los diseños u otras acciones preventivas. Como se ha señalado en la pregunta inicial, la principal dificultad al tomar estas medidas en dispositivos de alta frecuencia es la repetibilidad de las medidas, la estabilidad de las medidas respecto al tiempo y la temperatura, y garantizar la exactitud de las medidas.
 
4. ¿En qué se diferencian estas dificultades respecto a 5G?
 
Navneet: Los retos que representan las medidas en 6G son un poco diferentes y de naturaleza algo más compleja que en 5G.
Para 5G, como las frecuencias son más bajas (28/39 GHz) que con 6G, la fabricación, las medidas y las pruebas son relativamente más sencillos que en 6G. Aunque las preguntas básicas son las mismas, tanto para las medidas del material como para la caracterización del dispositivo, el proceso de realización de estas medidas es relativamente complejo en 6G, tal como queda patente en las respuestas las preguntas anteriores.
 
Las dificultades también dependen de qué medidas intente llevar a cabo el usuario; por ejemplo, un usuario que trate de caracterizar un amplificador de potencia de banda ancha necesitaría introducir unos niveles de potencia extremadamente bajos en el amplificador, alrededor de -50 dBm, etc., algo que no sería sencillo en un rango de frecuencia extremadamente alto. Sin embargo, un cliente que caracteriza un componente de guiaondas a 140 GHz puede requerir más potencia.
 
5.     ¿Qué papel desempeña el análisis de redes vectoriales en estas medidas?
 
Navneet: El analizador de redes vectoriales juega un papel primordial para realizar todas las medidas citadas hasta ahora, bien sea en 5G o 6G. La funcionalidad básica del VNA consiste en introducir una señal en un dispositivo y observar la señal a la salida del dispositivo tras pasar a través de él. Un VNA se basa en un receptor sintonizado cuyo puerto receptor conoce lo que transmite el puerto transmisor, en concreto las frecuencias y la potencia. La función del VNA es aún más importante en la era 6G ya que los dispositivos no dejan de aumentar sus frecuencias y de disminuir su tamaño. La introducción una señal muy exacta y precisa en el dispositivo, y luego monitorizar/detectar la señal de salida, cuya potencia puede ser extremadamente baja, es la característica más importante de un VNA. Un VNA es capaz de explorar una señal tanto de muy baja frecuencia como de una frecuencia extremadamente alta, lo cual significa que los dispositivos 6G se pueden caracterizar para un rango de frecuencias muy amplio. El VectorStar de Anritsu es el único VNA en el mundo que es capaz de explorar entre 70 kHz y 220 GHz en un solo barrido. Existen otras aplicaciones que exigen comprobar los dispositivos 6G únicamente en una banda determinada, que es por tanto la que interesará al usuario. Los VNA se pueden combinar con multiplicadores externos de ondas milimétricas para efectuar tan solo las medidas en esas bandas de frecuencia. Tanto para una banda como en banda ancha, el VNA desempeña el papel más importante en todas las medidas de caracterización o modelado del dispositivo.
 
Lo mismo ocurre con las medidas de materiales a alta frecuencia. Incluso para realizar medidas de materiales, el principal elemento encargado de controlar y calcular la permitividad efectiva, las tangentes de pérdidas, la conductividad, etc., sigue siendo un VNA. Todos estos parámetros se calculan a partir de las medidas de parámetros S de referencia realizadas por el analizador vectorial de redes. Incluso para medidas de materiales, y en función de la aplicación y de las expectativas de los usuarios, se puede tratar de una medida para una banda (en la mayoría de los casos) o también de medidas de banda ancha. Para medidas de materiales, además del VNA, el usuario necesita un accesorio apropiado en cuyo interior se coloca el material antes de llevar a cabo las medidas.
 
Dado que la mayoría de estos componentes y dispositivos activos/pasivos 6G se encuentran sobre una oblea y funcionan a muy altas frecuencias, un VNA junto con una estación de prueba (manual o automática) y las sondas con el paso adecuado constituyen una solución completa para medir cualquier componente/dispositivo 6G.
 
Por tanto, el VNA es el bloque funcional básico para cualquier medida 5G/6G tanto en la fase de diseño como de encapsulado o en la fase final del producto. Cada fase requiere comprobar y reconfirmar de manera exhaustiva que el dispositivo funciona correctamente. El VNA garantiza ese rendimiento.
 
 
6. ¿Qué soluciones ofrece Anritsu para aplicaciones de medida y análisis 6G?
 
Navneet: Anritsu ofrece varias soluciones destinadas a 6G. Una de las más importantes la solución de análisis vectorial de redes que explora el rango de frecuencia de banda ancha desde 70 kHz como mínimo hasta 110/125/145/220 GHz como máximo y en un solo barrido. Esto ha demostrado ser una gran ventaja para los clientes que caracterizan y desarrollan modelos de dispositivos. Hasta hace poco, las medidas se tomaban en una banda determinada (p.ej., 90 a 110 GHz, 110 GHz a 140 GHz y 
140 GHz a 220 GHz) y posteriormente en otras bandas con el fin de ver la respuesta de sus dispositivos en un amplio rango de frecuencias. Había muchas discontinuidades cuando se tomaban medidas en una banda y muchas dificultades al comprar varios módulos, guiaondas a las interfaces de la sonda y sondas para ondas milimétricas en una banda. Estas eran necesarias para cambiar por completo la configuración de una banda a otra, y se unían a las dificultades para lograr la repetibilidad, instalación y estabilidad de todo el sistema, todo lo cual constituía un enorme obstáculo. Las soluciones de Anritsu para banda ancha proporcionaron una cobertura de frecuencia de banda ancha entre 70 kHz y 145/220 GHz que permite ahorrar mucho tiempo, energía y dinero.
 
Ninguna otra compañía de prueba y medida puede ofrecer algo así. El VectorStar de Anritsu también es compatible con casi todas las soluciones de terceros destinadas a las medidas de materiales. La colaboración ha sido muy útil para los clientes ya que tienen varias opciones a su disposición. Los clientes pueden escoger entre los proveedores de soluciones especializadas en función de sus requisitos de materiales y el VectorStar de Anritsu ya es compatible con ellos.
 
El VectorStar de Anritsu no se limita a la caracterización de materiales y dispositivos, sino que también es compatible con casi todas las soluciones de medida de antenas. Gracias a su rendimiento superior y a su capacidad de actualización (número de puertos/fuentes/soporte a ondas milimétricas en banda ancha), VectorStar es la elección favorita entre nuestros clientes para tomar medidas en antenas 6G. Entre las medidas que incluye, entre otras, se hallan las antenas 6G activas y pasivas, AiP (Antenna in Package), etc., todas ellas factibles con el VectorStar de Anritsu.
 
 
7. ¿Qué funciones hacen que resulte especialmente apropiado para I+D de 6G?
 
Navneet: Las soluciones de banda ancha basadas en VectorStar de Anritsu son especialmente adecuadas para caracterización de dispositivos, modelado de dispositivos, medidas de materiales y medidas de antenas, entre otras muchas. Estas son algunas de las funciones que consiguen que la solución basada en VectorStar de Anritsu sean apropiadas para medidas 6G:
·       Rango dinámico superior para todo el margen de frecuencias
·       Tamaño muy reducido de nuestros módulos milimétricos basados en la tecnología de líneas de transmisión no lineales (nonlinear transmission line, NLTL) más avanzada, que proporciona una conexión directa a las sondas y los dispositivos sin necesidad de cables largos, caros, son pérdidas extremadamente elevadas y sujetos a errores en las medidas
·       Control automático (ALC) extremadamente estable y exacto en la conexión a los módulos de ondas milimétricas
·       Niveles extremadamente buenos de estabilidad y repetibilidad en las medidas respecto al tiempo y la temperatura gracias a la tecnología NLTL patentada que utilizamos en nuestros módulos de ondas milimétricas
·       Potentes y elaborados algoritmos de calibración para medidas a alta frecuencia que garantizan la mejor calibración y las mejores especificaciones residuales de su clase
·       Avanzadas técnicas de de-embedding y algoritmos de software compatibles con varios tipos de sistemas de extracción UFX (Universal Fixture Extraction)
·       Para caracterización de dispositivos activos (como amplificadores), es posible manejar potencias de entrada muy bajas con VectorStar ~-55 dBm/- 60dBm.
·       Compatibilidad con soluciones de terceros para medidas de materiales/antenas, estaciones de prueba, y multiplicadores de ondas milimétricas, entre otras muchas.

Navneet Kataria es Product Manager de Anritsu Corporation