'Ăng-ten giấy' giá rẻ giúp nâng cấp 5G quy mô lớn trên các chiến hạm Trung Quốc

Các nhà khoa học Trung Quốc cho biết "ăng-ten giấy" của họ cuối cùng có thể "phù hợp với môi trường phức tạp trên tàu thuyền". Ảnh: AFP.

Các nhà khoa học Trung Quốc cho biết họ đã chế tạo một ăng-ten MIMO (đa đầu vào – đa đầu ra) linh hoạt dựa trên giấy, được thiết kế riêng cho liên lạc 5G trên tàu biển, trong một nghiên cứu đăng trên tạp chí bình duyệt Chinese Journal of Ship Research (Tạp chí Nghiên cứu Tàu thuyền Trung Quốc), do ông Yang Wendong thuộc Đại học Kỹ thuật Liêu Ninh dẫn đầu.

Nhóm nghiên cứu cho biết sáng kiến này có thể “hiện thực hóa các ăng-ten liên lạc sóng milimet phù hợp với môi trường phức tạp trên tàu”.

Thiết kế mới thay thế các bảng nền (substrate) đắt tiền và cứng thường dùng trong điện tử cao cấp bằng giấy ảnh bóng thương mại dày chưa đến 0,3 mm, kết hợp với lớp đồng dẫn điện in bằng phương pháp in lưới.

Trong nghiên cứu, các tác giả cho biết thiết kế này giúp giảm hơn 95% chi phí vật liệu so với các nền vi sóng truyền thống, đồng thời tạo ra sản phẩm có khả năng phân hủy sinh học và phù hợp triển khai quy mô lớn. Ăng-ten giấy này được định vị là một giải pháp liên lạc “chặng cuối” chi phí thấp, có khả năng mở rộng.

Phát triển này diễn ra trong bối cảnh các lực lượng hải quân trên thế giới đang tìm cách tích hợp 5G vào hoạt động trên biển. Hải quân Mỹ tập trung vào các giải pháp cao cấp dựa trên kết nối vệ tinh quỹ đạo thấp trong các chương trình như SEA2 (Sailor Edge Afloat and Ashore), với chi phí hợp đồng lên tới hàng chục triệu USD cho mỗi lần triển khai.

Ví dụ, Hải quân Mỹ đã trao cho công ty Booz Allen Hamilton hợp đồng trị giá 99 triệu USD để triển khai mạng không dây cho khoảng 140 tàu thuộc Bộ chỉ huy vận tải quân sự (Military Sealift Command), trong khi hợp đồng nghiên cứu và phát triển cho một thiết bị đầu cuối riêng lẻ có giá 6,29 triệu USD.

Ngược lại, một dự án trong nước của China Unicom năm 2023 đã triển khai phủ sóng 5G trong nhà cho 3 tàu với chi phí 57.000 nhân dân tệ (khoảng 8.360 USD), tức khoảng 19.000 nhân dân tệ mỗi tàu, chưa bao gồm thuế — dù hai dự án này có phạm vi kỹ thuật và yêu cầu hạ tầng rất khác nhau.

Dù chi phí thấp, các tác giả cho biết ăng-ten vẫn đạt hiệu suất tốt. “Bằng cách sử dụng nền giấy ảnh chi phí thấp, chúng tôi đã đạt được sự cân bằng hợp lý giữa hiệu năng và chi phí,” họ viết.

Thiết kế sử dụng một lớp khe không khí mỏng để giảm nhiễu tín hiệu từ thân tàu kim loại, giúp ổn định mô hình bức xạ. Nghiên cứu cho biết với lớp phủ bảo vệ, ăng-ten có thể chịu được độ ẩm, hơi muối và việc uốn cong lặp lại, đồng thời hỗ trợ hai băng tần 5G (28GHz và 38GHz) thông qua cấu hình MIMO bốn cổng để đạt thông lượng cao.

Theo nghiên cứu, cấu trúc tách ghép hình chữ thập giúp giảm nhiễu giữa các ăng-ten đặt gần nhau, đạt mức cách ly tốt hơn −32 dB (khoảng 0,6‰). Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm cho thấy hiệu suất bức xạ vượt 80%, với độ lợi đỉnh đạt 4,3 và 3,8 dBi — đơn vị đo khả năng hội tụ tín hiệu của ăng-ten.

Đáng chú ý, ăng-ten có kích thước chỉ 25 mm x 43 mm. Không giống các thiết bị cứng, đắt tiền khó lắp trên bề mặt cong của tàu và ảnh hưởng tới yêu cầu tàng hình, phiên bản này có thể được dán như một miếng sticker lên vách hoặc đường ống.

Ngoài ứng dụng trên tàu, các ăng-ten giấy này còn có thể được sử dụng trên máy bay không người lái, thiết bị liên lạc di động, kho thông minh và các nút Internet vạn vật (IoT).

“Việc kiểm chứng thực nghiệm của ăng-ten chủ yếu được thực hiện trong môi trường phòng thí nghiệm,” nhóm nghiên cứu cho biết.

“Độ tin cậy dài hạn và khả năng thích ứng môi trường trong các điều kiện thực tế phức tạp vẫn cần được nghiên cứu thêm.”