Sub-THz i 6G: Kako spakovati antenu kada talasna dužina postane milimetarska?

Kada razmišljamo o budućnosti bežične komunikacije, većina nas zamišlja svet u kome se podaci prenose brzinom svetlosti, bez kašnjenja, omogućavajući virtuelnu realnost, pametne gradove i milione povezanih uređaja. Međutim, iza tog blistavog scenarija krije se surova realnost: kako napraviti da signal putuje kroz vazduh na frekvencijama gde je talasna dužina manja od milimetra? Govorimo o sub-THz opsegu, od 90 do 300 GHz, koji predstavlja srž 6G tehnologije. Ovo nije samo nadogradnja 5G mmWave frekvencija – ovo je potpuna revolucija koja zahteva da ponovo osmislite antenu, tu ključnu komponentu svakog bežičnog sistema. Problem je ogroman: signal na tim frekvencijama jedva prolazi kroz list papira, a kamoli kroz zidove ili ljudsko telo. Kako ćemo to rešiti? Hoće li naši telefoni u budućnosti ličiti na ježeve, prekrivene antenama sa svih strana? Ili ćemo se osloniti na „pametne površine“ koje će magično usmeravati signale? U ovom dubinskom članku, namenjenom IT entuzijastima i stručnjacima, zaronićemo u inženjerski aspekt ove teme, sa primerima iz prakse, najnovijim razvojima iz 2025. godine i predikcijama za budućnost. Ovo nije samo teorija – ovo je pogled na tehnologiju koja će promeniti svet, i to na način koji je provokativan i bez ulepšavanja.

Prelazak sa mmWave na sub-THz frekvencije nije samo tehnički korak napred, već i nužnost zbog pretrpanosti postojećeg spektra. U 5G eri, mmWave frekvencije od 24 do 40 GHz donele su brzine do 10 Gbps, ali sa ozbiljnim ograničenjima: signal se brzo slabi, slabo prolazi kroz prepreke i zahteva gustu mrežu baznih stanica. Sada, u 2025. godini, 6G nas gura ka sub-THz, gde talasna dužina pada na manje od milimetra, otvarajući desetine gigahertzova slobodnog prostora za podatke. Zamislite brzine od 100 Gbps do 1 Tbps, latenciju ispod milisekunde i mogućnost povezivanja miliona uređaja po kvadratnom kilometru – to je ono što sub-THz obećava. Međutim, inženjerski izazovi su brutalni: atmosferska apsorpcija zbog kiseonika i vodene pare čini da signal gubi snagu brže nego ikad. Prema istraživanjima sa Northeastern University, path loss na THz frekvencijama može biti desetine decibela veći nego na mmWave. To znači da signal jedva putuje nekoliko desetina metara u otvorenom prostoru, a u zatvorenom je praktično beskoristan bez dodatnih trikova.

Dalje, komponenti poput tranzistora, pojačavača i antena moraju da rade na tim ekstremnim frekvencijama, gde šum dominira, a efikasnost pada. Energijska potrošnja je još jedan problem – uređaji će trošiti više struje, što nije idealno za baterije u mobilnim telefonima. Zašto se onda ne vratimo na niže frekvencije? Jer one su već preopterećene; sub-6 GHz u 5G služi za široku pokrivenost, ali ne za ultra-brzine. Sub-THz je neophodan za aplikacije poput holografskog videa, autonomnih vozila ili industrijske automatizacije. Prema Ericssonu, sub-THz će biti ključ za „extreme data rates“ u 6G. U praksi, prototipi poput onih iz Nokia Bell Labs pokazuju da se sub-THz može koristiti za kratke veze, poput u data centrima ili za backhaul. Ali, za masovnu upotrebu, moramo rešiti pakovanje antene – i tu ulazi Antenna-on-Chip.

Najnoviji razvoji iz 2025. godine pokazuju da je sub-THz postao prioritet za globalne igrače. Na primer, na MWC 2025, Ericsson je demonstrirao napredke u sub-THz spektru, otvarajući put za specifične aplikacije sa ogromnim kapacitetima. U UAE, e& i NYU Abu Dhabi postigli su 145 Gbps u THz frekvencijama, validirajući ultra-visoke kapacitete za low-latency linkove. Istraživanja iz Nature ističu sub-THz alokacije za 6G, uključujući 7-24 GHz i više, što otvara vrata za direktne satelitske aplikacije. Ovo nije samo laboratorijska igra – tržište test opreme za sub-THz 6G uređaje raste eksponencijalno, sa vrednošću od 219 miliona dolara u 2026, projektovanom na preko 2 milijarde do 2036. Ovi podaci pokazuju da je tranzicija na sub-THz neizbežna, ali zahteva hrabre inženjerske odluke da se prevaziđu ograničenja propagacije.

Antenna-on-Chip (AoC): Kada antena postane deo čipa

Zamislite antenu tako malu da se štampa direktno na silicijumskom čipu, pored procesora i memorije – to je Antenna-on-Chip (AoC), tehnologija koja se nameće kao ključno rešenje za sub-THz u 6G. Na tim frekvencijama, talasna dužina je oko 1 mm na 300 GHz, pa antena može biti submikronska, savršena za integraciju. Zašto je ovo važno? Tradicionalne antene u 5G telefonima zauzimaju prostor, gube energiju u konekcijama i teško se skaliraju za više elemenata. AoC koristi materijale poput silicijuma ili galijum-arsenida (GaAs) za izradu antene direktno na čipu, minimizirajući gubitke. Primer iz prakse: NEC je razvio 150 GHz AoC transmiter čip za Beyond 5G, integrišući antenu sa pojačavačem za efikasniji prenos. U laboratorijama, ovi čipovi postižu efikasnost do 42% na niskoresistivnom silicijumu, sa širokim opsegom.

Ali, nije sve idealno – silicijum ima visoke gubitke na THz, pa se koriste metamaterijali ili Substrate Integrated Waveguide (SIW) za bolju performansu. U istraživanju iz Nature, AoC inspirisan SIW-om na GaAs postiže visok gain i efikasnost. Još jedan izazov je termalna stabilnost: na visokim frekvencijama, toplota se akumulira brzo, što može uništiti čip. Inženjeri rešavaju ovo hladnjacima ili naprednim materijalima poput grafena. U 2025. godini, napredci uključuju nove antene i IC-ove za 6G, gde se kompleksnost povećava sa višim frekvencijama, od malih antena do moćnih procesora baznih stanica. Qualcomm je predstavio AI-enhanced antenu sa 6 elemenata za smartphone, poboljšavajući efikasnost u mid/high 5G bendovima, što je korak ka 6G.

U praktičnim aplikacijama, AoC se već testira u prototipima za THz senzore i imaging, gde planarne antene na PCB-u postižu visoku rezoluciju. Za 6G, ovo znači kompaktne uređaje sa moćnim antenama – čip veličine nokta koji šalje terabite podataka. Međutim, troškovi su još uvek visoki, a skaliranje predstavlja izazov. Novi 6G čipovi postižu rekordne 100 Gbps brzine koristeći integrisanu fotoniku, otvarajući put za sledeću generaciju bežične komunikacije. Reconfigurable antene za 6G, uključujući AoC na pokretnim pločama, predstavljene su u arXiv istraživanjima, naglašavajući hardverske napretke. Ovo pokazuje da AoC nije samo koncept – već se integriše u realne sisteme.

Još jedan primer iz 2025: high-performance quatrefoil-slotted THz MIMO antene sa grafenom, dizajnirane za MIMO okvire u 6G, nudeći superiorne performanse. Ove antene fokusiraju se na dizajn i analizu, pokazujući kako grafen može poboljšati efikasnost. U budućnosti, AoC će omogućiti dinamičko prilagođavanje frekvencija, što je ključno za 6G mreže. Istraživanja iz ResearchGate ističu next-gen reconfigurable antene za 6G, gde dinamička adaptacija postaje standard. Ovo nije lako – izazovi uključuju arhitekture i viziju za integraciju. Za studente RF inženjeringa, ovo je oblast gde se „crna magija“ susreće sa praksom.

Problem propagacije: Kako rešiti to što signal ne prolazi ni kroz papir?

Sada prelazimo na jezgro problema – propagaciju signala na sub-THz frekvencijama. Signal se ponaša poput svetlosti: ide pravo, ali se lako blokira atmosferskom apsorpcijom, difrakcijom i refleksijom. Prema istraživanjima, THz signali gube 20-30 dB više nego mmWave na istoj distanci. U urbanim okruženjima, to stvara mrtve zone svuda, čineći masovnu upotrebu nemogućom bez inovacija. Rešenje dolazi u obliku Reconfigurable Intelligent Surfaces (RIS) – pametnih površina koje usmeravaju signale poput dinamičkih ogledala. RIS su metasurface sa hiljadama elemenata koji se podešavaju u realnom vremenu da reflektuju, apsorbuju ili fokusiraju talase, stvarajući virtuelne linije vida u Non-Line-Of-Sight (NLOS) scenarijima.

U zatvorenom prostoru, RIS na zidu može „odbaciti“ signal oko ugla, povećavajući pokrivenost za 80%. Na THz frekvencijama, RIS kompenzuju path loss sa efikasnošću preko 80% u elektromehaničkim dizajnima. Prototipi iz Tsinghua University pokazuju da RIS poboljšavaju link budget u THz sistemima. Ali, izazovi su tu: energija za rekonfiguraciju, integracija sa AI za optimizaciju i cena. U 2025. godini, arXiv pregled RIS za 6G i dalje naglašava teorijske osnove, dizajn i deploy izazove. Ove površine nude skalabilan put za poboljšanje pokrivenosti, sigurnosti i efikasnosti u 6G mrežama, sa niskom potrošnjom.

Još jedan aspekt: inženjerski izazovi RIS dizajna, uključujući praktična ograničenja, analizirani su u detaljnim studijama iz 2025. Materijali za RIS u 6G, od 2026 do 2046, uključuju optičke bežične komunikacije (ORIS), često ignorisane u pregledima. RIS se koriste i za 6G radio lokalizaciju, naglašavajući njihovu ulogu u low-cost, energy-efficient sistemima. Kina je objavila foundational whitepapers na RIS pred 6G standardizaciju, otvarajući put za globalnu implementaciju. Ovo pokazuje da RIS nisu samo teorija – već se testiraju u Keysight laboratorijama za 6G. U budućnosti, RIS će biti svuda: na zgradama, vozilima, dronovima, smanjujući interferenciju i stvarajući NLoS linkove.

Noviji dizajni uključuju passive transmissive RIS, sa metasurface koje imaju pre-engineered fazne profile za poboljšanu transmisiju. Ovo rešava kritične potrebe za skalabilnim RIS u 6G. Pregled iz Springer ističe konvencionalne RIS i simultaneously transmitting and reflecting (STAR) varijante. Za praktičnu evaluaciju, novi dizajni sa circular dumbbell strukturama, simulirani na 32×32 elementa, pokazuju efikasnost. Ovo nije naučna fantastika – RIS će transformisati propagaciju u 6G.

Da li će telefon budućnosti morati da bude prekriven antenama sa svih strana?

Praktično pitanje koje muči mnoge: kako će izgledati smartphone u eri 6G? U 5G, telefoni imaju više antena za mmWave, ali za sub-THz, to nije dovoljno – propagacija zahteva omnidirekcionalnu pokrivenost. Sa AoC, antene će biti integrisane u čip, ali za bolju performansu, potrebni su array-i sa stotinama elemenata u massive MIMO konfiguracijama. Prema Wiley-u, sub-THz zahteva niske gubitke i visoke tolerancije u pakovanju. Budući telefoni će verovatno imati više modula: na vrhu, dnu, stranama, sa RIS integrisanim u kućište. Primer: fractal-based MIMO antene za THz, sa ultra-širokim opsegom za 6G.

Ovo nosi rizike – veća potrošnja energije, toplota i potencijalni zdravstveni efekti, iako ispod ICNIRP limita. U praksi, prototipi poput Rectangular Dielectric Resonator Antenna (RDRA) za sub-THz pokazuju visok gain za mobilne uređaje. Ericssonov testbed u sub-THz (92-100 GHz) postiže preko 100 Gbps, naglašavajući potrebu za novim dizajnima. U 2025, embedded sistemi za 6G evoluiraju ka sub-THz, sa izazovima u hardveru i inovacijama. PCB-ovi za 6G zahtevaju revoluciju u materijalima za THz frekvencije.

Izbor antena za 6G fokusira se na performanse za buduće scenarije, uključujući V2X komunikaciju. Kineski prototipi u 2025 obećavaju terabit brzine i holografske pozive, integrirajući AI za spektar. On-chip THz antene napreduju u dizajnu i fabrici, utičući na 6G. Telefoni će možda biti „prekriveni“ antenama, ali adaptivno – kućište postaje antena. Ovo je izazov, ali i prilika za inovacije.

U skorijoj budućnosti, do 2030, telefoni će integrisati sub-THz za specifične aplikacije, sa brzinama do 1 Tbps. Dalje, sa AI i NTN, globalna pokrivenost će biti realnost, ali sa troškovima i regulacijama kao preprekama.

Zašto za studente: RF inženjering na ovim frekvencijama je „crna magija“ i vrlo plaćena veština

Ako ste student elektrotehnike ili IT-a, ovo je vaša oblast za budućnost. RF inženjering na visokim frekvencijama je „crna magija“ – mešavina fizike, matematike i intuicije, gde se simulacije susreću sa realnim svetom. Potrebne veštine uključuju elektromagnetizam, softvere poput HFSS ili CST, materijale i AI za optimizaciju. Plate su impresivne: u SAD, RF inženjeri zarađuju preko 100.000 dolara godišnje, sa prosjekom 104.000. U Evropi i Aziji, slično, jer je ovo retka veština – malo ko može dizajnirati THz sisteme. Sa 6G na horizontu, potražnja raste.

Primeri iz prakse: NEC-ov 150 GHz čip, Bell Labs prototipi, RIS u Indiji za vozove. Ovo pokazuje praktičnu primenu. Za studente, učenje o AoC i RIS je ulaznica u visoko plaćene poslove.

Primeri iz prakse i prototipi

U praksi, sub-THz se testira širom sveta. NEC-ov čip za Beyond 5G je primer integracije. Bell Labs dokazuje koncept za sub-THz. RIS se koristi u Indiji za brze vozove, poboljšavajući konekciju. Novi quantum antene otkrivaju skriveni THz svet, sa preciznom kalibracijom. Ovi prototipi pokazuju da je 6G bliže nego što mislimo.

Još primera: THz komunikacije za 6G, sa modelovanjem near-field. Simpoziumi na THz za buduće mreže ističu napredke. Ovo je živahna oblast sa stalnim inovacijama.

Budućnost: Šta nas čeka u skorijoj i daljoj perspektivi

Do 2030, 6G će se razvijati sa sub-THz za ultra-brzine, integrirajući AI i RIS za globalnu pokrivenost. Brzine do 1 Tbps će omogućiti holografiju i V2X, ali sa izazovima u infrastrukturi. Dalje, do 2040, fleksibilne arhitekture sa cloud-native tech će dominirati. Međutim, troškovi, regulacije i energijska efikasnost će biti ključni. Kina vodi sa prototipima, ali globalna saradnja je neophodna. Ovo je revolucija koja će promeniti svakodnevicu, ali bez iluzija – izazovi su realni.

U skorijoj perspektivi, 2025-2030, fokus na testbedovima i standardizaciji, sa RIS materijalima za 2046. Dalje, integracija sa satelitima i kvantnim tech za potpunu konekciju. Budućnost je svetla, ali zahteva hrabrost.

Zaključak

Ova era sub-THz i 6G nije samo o bržoj tehnologiji – ona menja način na koji živimo, radimo i komuniciramo. Od AoC čipova koji pakuju moć u minijaturni prostor, preko RIS koji savladavaju propagacione noćne more, do telefona koji će možda biti prekriveni antenama, ovo je put ka pravoj digitalnoj revoluciji. Ali, bez ulepšavanja: izazovi poput gubitaka signala, energijske potrošnje i troškova su ogromni, i samo oni koji se uhvate u koštac sa „crnom magijom“ RF inženjeringa će uspeti. Ako vas je ovaj tekst naterao da razmislite o budućnosti, podelite ga sa prijateljima na društvenim mrežama ili u razgovoru – jer 6G nije daleko, već kuca na vrata. A za stručnjake, ovo je izvor koji možete citirati, sa najnovijim podacima iz 2025. Šta mislite, da li smo spremni za ovu promenu?

Izvor: Itnetwork.rs

The post Sub-THz i 6G: Kako spakovati antenu kada talasna dužina postane milimetarska? first appeared on Objektivni.