Tendências da tecnologia de RF em um mundo conectado

Tyler (T): Olá, boas-vindas ao CONNECTED World, um podcast da TE Connectivity. Estamos felizes de ter você aqui com a gente neste episódio do programa. O foco da conversa de hoje será a tecnologia RF: do que se trata, suas aplicações comuns e as principais tendências. Para conversar com a gente hoje, temos Amos Cheah. Ele é gerente sênior de P&D e engenharia de desenvolvimento de produtos na TE Connectivity. Amos, obrigado por sua presença.

Amos (A): Ah, obrigado pelo convite para participar do podcast. 

T: Sim, com certeza. Estamos animados para ouvir suas ideias no programa de hoje. Então, Amos, vamos começar no nível mais básico. Explique o que é a tecnologia RF e por que ela é importante.

A: Ok, vou tentar explicar isso. Gostaria de começar explicando a tecnologia de RF desta forma. Vamos primeiro entender o que significa RF. RF significa radiofrequência. A radiofrequência, que se refere às ondas de rádio: um destino para a onda eletromagnética. Essas ondas estão acima da faixa audível pelo ouvido humano, cerca de 20 KHz, e se estendem até quase alcançar a região da luz infravermelha, chegando a algo em torno de 300 GHz. A propagação da radiofrequência ocorre na mesma velocidade da luz e essas ondas podem viajar na ausência de um meio específico, assim como o ar. Quando se trata de RF, ou da tecnologia de radiofrequência, estamos falando do sinal eletromagnético sem fio que é usado, na eletrônica, como uma forma de comunicação sem fio. Assim, a tecnologia de RF constitui um conhecimento que descreve as leis da física aplicadas à geração, conversão, propagação e detecção de ondas eletromagnéticas. A descrição desse conhecimento foi estabelecida por James Clerk Maxwell, com um conjunto de quatro equações que levam seu nome. Agora, por que a tecnologia de RF é importante para a comunicação sem fio? Para entender isso, é importante reconhecer que, embora qualquer coisa capaz de viajar para um material não condutor, seja um movimento mecânico, ondas sonoras e até mesmo calor, possa ser usada como um meio de converter energia elétrica em informações sem depender uma interconexão condutora, a radiação eletromagnética é única em sua capacidade de estender os circuitos eletrônicos para o domínio do "sem fio". Então vamos voltar à questão de por que a onda eletromagnética, seu sistema básico, é tão comum em comparação com outras formas de comunicação sem fio. Em outras palavras, por que o "sem fio" quase sempre se refere à RF ou à tecnologia de RF? Por quê, se há vários outros fenômenos como os que acabei de mencionar capazes de transferir informações sem o uso de fios? Há algumas razões para isso. A primeira diz respeito à agilidade. A radiação eletromagnética é uma extensão natural do sinal elétrico usando circuito sem fio. Assim, uma corrente repetitiva variável com o tempo gera um campo eletromagnético, independente de um novo enrolamento. Além disso, a onda eletromagnética é a reposição precisa do componente de CA do sinal original. A segunda razão é a velocidade. O sistema de acoplamento de CA, a taxa em que os dados podem ser transferidos, depende de como sinais grandes podem expressar relações variantes. Em outras palavras, a radiação eletromagnética acaba sendo o meio de conversão prática mesmo em uma frequência muito alta, o que significa que o sistema de RF pode alcançar uma taxa de transmissão muito alta. Em terceiro lugar, alcance, claro, porque a frequência sem fio está intimamente ligada à busca da comunicação de longa distância. Até porque, se o transmissor está próximo, muitas vezes é mais simples e econômico usar o fio. O sinal de EM, uma onda eletromagnética com uma técnica de modulação e circuitos receptores, tem a capacidade de transferir o sinal do usuário por uma longa distância. E por último, nenhuma linha de visada é necessária. Existe apenas um meio de comunicação sem fio capaz de competir com EMR: a luz. Mas a luz é, na verdade, uma onda eletromagnética de alta frequência que requer uma linha de visada. No caso da comunicação de RF, uma linha de visada clara não é necessária. Resumindo, há três pontos aqui. Primeiro, RF se refere à radiação eletromagnética usada para transferir informações entre dois circuitos que não têm conexão elétrica direta. É a energia eletromagnética gerada pela tensão e corrente variável no tempo que opera na forma de onda. Assim, podemos transferir sinais sem fio manipulando e interpretando essa onda. E por que a onda eletromagnética ou a frequência RF são a forma dominante de comunicação sem fio? Porque é a única alternativa ao uso da luz. RF é muito mais versátil porque ondas elétricas de baixa frequência não são perdidas em objetos sólidos.

T: Fantástico! Obrigado pela explicação. Então, Amos, quais são algumas das aplicações mais comuns de RF? Ela é usada pelos roteadores Wi-Fi ou coisas do tipo? Você poderia citar exemplos de onde geralmente vemos o uso da tecnologia RF hoje em dia?

R: Sim, claro. Há muitas aplicações e casos de uso para ela em vários setores, como nos sistemas de radar, controle remoto, transmissão de televisão, monitoramento remoto, computação, plataformas móveis como o celular e também em roteadores e outras plataformas móveis. Seja nos smartphones e receptores celulares, ou GPS e entre outros, a tecnologia RF é o futuro da vida moderna. Ela é tão única e onipresente que, para muitos de nós, é uma parte natural da vida. Assim como os celulares fizeram. É incrível quão longe chegamos em tão pouco tempo. Não há sinais de desaceleração da demanda da tecnologia RF. Empresas privadas e até mesmo governos estão fazendo uso dela ao redor do mundo, até mesmo disputando para ter a mais avançada inovação de RF. 

T: Com certeza. Ela é uma tecnologia que está ao nosso redor o tempo todo. É muito importante, como você mesmo disse. Quais são as principais tendências em desenvolvimento na tecnologia RF? Você acabou de mencionar as mais atuais. Então, quais são as novidades? E o que está acontecendo com as tendências e o desenvolvimento de novas tecnologias RF?

A: Você provavelmente conhece a próxima revolução: o 5G. Acho que todos ouviram falar. É uma das maiores mudanças no horizonte. Podemos dizer com segurança que a rede 5G estará funcionando, e a expectativa do consumidor quanto à velocidade móvel e desempenho será radicalmente maior do que é hoje. Quando cada vez mais pessoas adotam smartphones ao redor do mundo, a demanda por dados continua a aumentar. E as faixas de largura de banda legadas que operam abaixo de 6 GHz simplesmente não serão suficiente para enfrentar os desafios. A frequência 5G, acho, chegará a um nível de onda milimétrica, até mesmo acima de 20 GHz. Há um relatório informando que o 5G é capaz de velocidades de até 10 Gb/s. Não há dúvida de que o 5G oferecerá uma cobertura muito rápida de frequências que antes eram usadas apenas para aplicações militares e de satélite. Assim, o 5G trará aos consumidores o que antes estava disponível apenas para militares e satélites. A rede 5G desempenhará um papel essencial na aceleração da comunicação sem fio. Ao aperfeiçoar a realidade virtual e a velocidade de conexão dos dispositivos que usamos hoje, ela abrirá o caminho para inaugurar a Internet das Coisas, de que você também já deve ter ouvido falar, em que inúmeros produtos domésticos, eletrônicos portáteis, dispositivos vestíveis, robótica, sensores, veículos autônomos e muito mais serão conectados através de uma velocidade de rede significativamente mais rápido do que a de hoje. Então, a conclusão é que a tecnologia RF tem um futuro brilhante à frente e que a demanda por engenharia de radiofrequência é e será alta. Nos próximos 10 anos, veremos um enorme volume de crescimento e inovação nessa indústria.

T: Com certeza. Muito tem se falado sobre o 5G e o impacto que ele terá, além dos desafios em tornar isso realidade. Como essa tendência de avanço do 5G impactará os engenheiros? Quais desafios criados pelo 5G os engenheiros precisão superar durante esse período?

A: Há muitos desafios que precisam ser enfrentados enquanto avançamos para o padrão 5G, que exige uma taxa de dados muito maior, latência ultrabaixa, alta confiabilidade e segurança. Como sabemos, o 4G sem fio que usamos no momento, chamado LTE e LTE-Advanced, já está bem desenvolvido no mundo todo. O 5G, a futura geração da tecnologia sem fio, exige novos padrões para dar suporte a esses serviços ultrarrápidos e de baixa latência para os clientes. O que será essencial para captar as tendências tecnológicas que viabilizam o 5G que os engenheiros precisam enfrentar e superar? Depende: para quem é a pergunta? No meu caso, acho que as principais tecnologias viabilizadoras são as seguintes. Primeira coisa: um novo padrão de rádio para 5G. Ele é diferente do LTE e é definido pelo padrão 3GPP. Outra coisa diz respeito à antena de ondas médias e Fase III, que será padrão comum. Essa complexidade exigirá dois db. de assinatura da linha de base adicional. A onda média gera mais perdas no ar. A entrada e saída múltiplas, que chamamos de MIMO, oferecerá um ganho significativo na taxa de dados e confiabilidade sem fio. E um quarto ponto será a rede de acesso por rádio, conhecida com RAN ou rede principal. Como será a interação entre a arquitetura da nova rede 5G e a legada? Do ponto de vista da tecnologia, haverá uma maior frequência, largura de banda mais ampla e maior eficiência quanto à potência. Amplificadores serão necessários. Outros componentes necessários serão o baixo nível de ruído, laminado de piso e baixíssimo nível de cruzamento de dados, além do baixo custo. Também é necessário desenvolver o pacote de ondas médias. E também um conversor CA para CC de ultravelocidade e baixo consumo. Antenas de banda larga precisam ser desenvolvidas. É necessário desenvolver antenas de ondas médias, antenas diretas de alto ganho, antenas informativas, que se tornarão a norma. 

T: Amos, como a tecnologia RF será vista pelas pessoas em cinco anos, na medida que a tecnologia continua a avançar e o 5G é cada vez mais um realidade para uma parcela crescente da população ao redor do mundo? Como RF será visto pelas pessoas e quais mudanças podem, se ocorrerem, transformar a maneira que vemos e percebemos RF daqui para a frente?

R: Na minha opinião, a tecnologia RF e sem fio serão sinônimos de tecnologia 5G, como mencionei. O 5G será a estrada que levará a transformação digital a um novo patamar, e será emocionante ver o desenvolvimento resultante disso. Acho que o 5G trará avanços em muitas áreas. Gostaria de mencionar 5 áreas em que vejo avanços significativos. A primeira delas, fábricas inteligentes. O 5G desempenhará um papel fundamental na Indústria 4.0. É a tecnologia que conectará os dispositivos e a IoT. O 5G permitirá que as fábricas inteligentes façam coisas incríveis. As fábricas inteligentes empregarão mais robôs com tecnologia de IA e aprendizado de máquina. Eles ajudam a tomar decisões em tempo real, e mais robôs também serão utilizados para fazer tarefas perigosas e ajudar a manter a segurança e a saúde dos funcionários. Veremos um aumento na segurança dos treinamentos também, já que as fábricas inteligentes incluirão a realidade aumentada e a realidade virtual em suas rotinas de treinamento, permitindo que os funcionários aprendam mais rápido e com mais segurança. A segunda área de que quero falar é conhecida também como realidade mista. Devido a esse aumento de velocidade e largura de banda, haverá uma expansão da realidade aumentada e virtual. Muito em breve, junto com a conectividade 5G, veremos a realidade mista repleta de aplicações no mundo real, desde mapas e aplicações empresariais a aplicações em aparelhos. E com isso, a realidade virtual pode finalmente chegar, a verdadeira realidade virtual. Com o 5G, veremos a realidade aumentada e virtual usada em nossos carros, telefones, até mesmo nas telas de computador. Isso passará a fazer parte da vida cotidiana. A terceira área é a de veículos autônomos. O 5G pode ser tecnologia que finalmente levará os protótipos para o mundo real. Segurança é muito importante. O 5G é a única tecnologia capaz de fazer o suficiente para permitir que máquinas imitem humanos, graças à sua baixa latência. O 5G não vai acontecer da noite para o dia. Mas, assim que estiver maduro e em todos os lugares, acredito que não haverá como parar o desenvolvimento das máquinas seguras e autônomas, não apenas carros, mas caminhões e outros, e até mesmo aviões. A quarta área será a cidade inteligente. Todos sabemos que, até agora, as cidades inteligentes não têm sido muito inteligentes. Houve otimizações em algumas áreas, como estacionamentos inteligentes e iluminação pública. Mas as cidades ainda não foram capazes de atingir o nível de alta conectividade que resultaria em melhorias consistentes e acentuadas na vida diária. E com muitos dados na rede 4G, a experiência de uso da internet é lenta. O 5G é a única tecnologia rápida o suficiente para permitir que tantos dispositivos se conectem a uma velocidade tão alta. O desenvolvimento dessa tecnologia será mundial. A última área bastante comentada pelas pessoas é a computação de borda. A computação de borda permite que os dados sejam processados o mais próximo possível da fonte. Como eles não viajam grandes distâncias, o processamento pode ser muito mais rápido e tornar coisas como veículos autônomos mais seguros para dirigir. Com a alta velocidade e baixa latência de transmissão de dados da tecnologia 5G, o potencial da computação de borda será totalmente realizado em uma grande variedade de aplicações. Desde as cidades inteligentes mencionadas e fábricas ao meio ambiente e oferta de análises em tempo real.

T: Bem, como a tecnologia RF vai desempenhar um enorme papel nos avanços e à medida que a tecnologia continua a se desenvolver, na área tecnológica, é comum pensarmos sobre o que está por vir, tudo, desde o 5G até os veículos autônomos e as cidades inteligentes que você mencionou. E você também disse algo sobre inteligência artificial. Qual o papel de RF no desenvolvimento e no uso da inteligência artificial?

A: A tecnologia RF, falando de 5G, oferecerá suporte a cargas de dados de crescimento exponencial. Um fator-chave na evolução da IA inteligente, já que isso possibilita obter mais dados. Com acesso a esse conjunto rico de dados, uma IA aprimorada aumentará o desempenho do 5G, melhorando a segurança e reduzindo o congestionamento, corrigindo esse problema em tempo real. Com o 5G e a IA trabalhando juntos, os dados se tornarão mais valiosos do que nunca. Acho que o trabalho da tecnologia RF atualmente não é tão óbvio no mundo de hoje. Gosto de ver filmes nas minhas horas vagas, especialmente os filmes de ficção científica, incluindo os do mundo cinematográfico da Marvel. Quando você assiste a esses filmes, é possível ver alguns exemplos de como essa tecnologia de IA e RF funciona com perfeição, embora às vezes de maneira irrealista. Por exemplo, em um filme como o Homem de Ferro. O Homem de Ferro está usando a tecnologia RF para se comunicar com sua IA, chamada Jarvis, para coletar informações e ajudá-lo a lutar contra o vilão enquanto voa em sua armadura. Bem, isso é improvável no futuro. Mas com a tecnologia 5G e a próxima tecnologia, o 6G, a Disney chegará um pouco mais perto da realidade do futuro.  

T: Excelente exemplo esse. Adoro o exemplo do Homem de Ferro. É uma colocação brilhante. É algo que ainda não tinha pensado, mas acho que realmente explica as coisas em termos familiares, para que as pessoas consigam entender e ver como a tecnologia pode funcionar no futuro. Amos, foi um imenso prazer falar como você hoje e aprender um pouco mais sobre a tecnologia RF. Amos, gerente sênior de P&D e engenharia de desenvolvimento de produtos na TE Connectivity. Amos, muito obrigado por sua participação hoje, com toda essa aula sobre a tecnologia RF

A: Eu que agradeço. Espero que todos tenham aprendido algo sobre a tecnologia RF.

T: Por mim, posso dizer que aprendi muito hoje. Agradeço a sua participação no CONNECTED World. Agradeço muito a todos por ouvirem este episódio do Connected World, um podcast da TE Connectivity. Nós agradecemos muito. E não deixem de acessar e se inscrever no Apple Podcast ou Sportify para continuar em dia com os últimos episódios da TE Connectivity baixados diretamente no seu dispositivo móvel. Estaremos de volta em breve com mas episódios, mas até lá, um abraço do seu apresentador de hoje, Tyler Kern. Muito obrigado por ouvir.