O que são as ondas T ou radiação submilimétrica (TEL280)

Com a chegada da 5ª geração das comunicações móveis, a 5G, e já se falando em 6G, a possibilidade de se utilizar frequências cada vez mais elevadas, leva à discussão as dificuldades tecnologias que vão ter de superadas quanto ao comportamento dos sinais que devem ser emitidos e recebidos com a maior eficiência possível. Fala-se então nas ondas T raios T ou ondas submilimétricas na faixa dos Terahertz (*).

(*) 1 Terahertz equivale a 10¹² ou 1 000 000 000 000 Hz.

Até os nossos dias estamos usando de maneira convencionais sinais de rádio que estão em faixas cujo comportamento não foge a um padrão comum que todos conhecemos.

São os sinais de frequências do espectro eletromagnético até pouco mais de uma dezena de 1 terahertz e que conhecemos como espectro das ondas de rádio ou espectro de rádio, conforme mostra a figura 1

Figura 1 – O espectro de rádio termina na faixa de microondas pouco acima de 1 Terahertz.

Na realidade não existe um ponto exato de transição. Na região em que chegamos a 1 terahertz começamos a ter uma transição mais acentuada no comportamento dos sinais.

As ondas de rádio que podem ser trabalhadas pelos dispositivos emissores e receptores com antenas, deixam de ter um comportamento que permita isso e passam a ter um comportamento que tendem muito mais ao da radiação, da luz visível e da radiação ultravioleta, regiões seguintes do espectro.

Isso significa que fenômenos comuns aos sinais de rádio que estudamos em nossos cursos de telecomunicações devem ser abordados de uma forma diferente.

Datasheet do A ITU (International Telecommunication Union) fixa as ondas T ou ondas submilimétricas na faixa de 0,3 a 3 Terahertz (300 a 3 000 GHz). As faixas de 90 GHz a 1 |THz já estão sendo reservadas para estas aplicações na 6G.

WR-SizeWR-8WR-6WR-5WR-4WR-3WR-2WR-1.5WR-1  Os comprimentos de onda correspondentes a estes sinais já nos permitem avaliar como estes sinais se comportam.Para sinais em frequências relativamente baixas, como os das ondas curtas e VHF os problemas são pequenos em relação aos objetos do nosso mundo ambiente. Esses sinais podem contornar a maioria dos objetos e refletir-se apenas nos maiores. A refração ocorre de uma maneira que pode ser manuseada com facilidade e até utilizada com finalidades práticas. Os sinais também atravessam com facilidade a maioria dos objetos. (figura 2) 

No entanto, à medida que a frequência aumenta, cada vez mais temos um comportamento que se aproxima da luz.Quando chegamos na faixa das microondas, os sinais já começam a ter comportamentos que se assemelham ao da luz.As microondas podem ser conduzidas como a luz através de fibras ópticas. São as guias de onda, que pelas suas dimensões funcionam nessa faixa, mas não poderiam operar com ondas de maior comprimento, devido às dimensões que deveria ter. A figura 3 mostra uma guia de onda. 

As guias de onda funcionam como “canalizações” para as ondas, mostrando um comportamento diferente.Para a faixa dos Terahertz temos comprimentos de onda inferiores a 1 mm, o que quer dizer que uma antena convencional seria difícil de ser implementada. A condução dos sinais pelo circuito também seria um problema a ser analisado.Uma maneira de se obter o rendimento necessário para os sinais dos transmissores dos equipamentos, tais como os celulares, seria incrementar a diretividade das emissões. Hoje se analisa o uso de microantenas que seriam direcionadas da mesma maneira que se faz com os dispositivos de microespelhos ou DMD de digital micromirror device ou dispositivos de microespelhos digitais. Trata-se de uma matriz de espelhos extremamente pequenos num chip, os quais podem ser movimentados a partir de um sinal elétrico. Essa tecnologia foi desenvolvida pela Texas Instruments. O dispositivo pode ser usado também como memória óptica, já que os espelhos permanecem na posição do último comando, mesmo depois do sinal ter sido retirado. Na figura 4 um dispositivo desse tipo trabalhando com luz em projetores de TV. 

Para a faixa do 6G dispositivos equivalentes serão usados para direcionar os sinais das ondas T de modo a se ter maior rendimento na recepção ou na transmissão.Dispositivos deste tipo seriam colocados em uma distribuição ortogonal, como se faz com os sensores inerciais de modo que eles seriam posicionados por comando elétrico sempre de modo a estar alinhado com a direção de máximo sinal.A ideia da tecnologia 6G é justamente essa.

Pela dificuldade de propagação das ondas T, o que resultaria em alcances pequenos, principalmente em áreas densamente povoadas, milhares de células, colocadas em tudo que seja possível, atuem como estações repetidoras.Com os microespelhos que na verdade seriam substituídos por microantenas, o direcionamento em busca sempre do melhor sinal seria automático e muito rápido, a ponto de não ser perder o sinal numa transição de estação, devido ao movimento.

Mas, as ondas também encontram outras aplicações além das comunicações, como no caso da 6G.

Essas ondas podem penetrar em certos corpos como, por exemplo, o nosso e refletir-se em determinadas estruturas, com um comportamento que lembra um pouco o do raio X, com a diferença de que não ionizante.Lembramos que, à medida que a frequência de uma onda eletromagnética aumenta, ela passa apresentar um comportamento quântico cada vez mais evidente.

Os “pacotes” de energia ou quanta em que os sinais podem ser divididos, transportam quantidades cada vez maior de energia.Assim, com um valor suficientemente alto, como o que ocorre com as frequências acima da radiação ultravioleta, essa radiação pode romper ligações atômicas causando assim, no caso de seres vivos, a destruição de células.Com as ondas T, isso não ocorre. Assim, podem ser criados equipamentos de escaneamento de pessoas e mesmo objetos com aplicações em segurança.

É claro que isso dependerá da criação dos dispositivos capazes de emitir, receber ou ainda direcionar essas ondas.Na foto da figura 5 um transmissor/receptor 6G experimental.

Já estão surgindo esses componentes, conforme podemos ver nos exemplos abaixo. Componentes para 6G na Mouser. Já estão surgindo esses componentes, conforme podemos ver nos exemplos abaixo.