Jauna veida terahercu multipleksors ir divkāršojis datu ietilpību un ievērojami uzlabojis 6G sakarus ar vēl nebijušu joslas platumu un zemu datu zudumu.
Pētnieki ir ieviesuši īpaši platjoslas terahercu multipleksoru, kas divkāršo datu ietilpību un ievieš revolucionārus sasniegumus 6G un tālākā tīklā. (Attēla avots: Getty Images)
Nākamās paaudzes bezvadu sakari, ko pārstāv terahercu tehnoloģija, sola revolucionizēt datu pārraidi.
Šīs sistēmas darbojas terahercu frekvencēs, piedāvājot nepārspējamu joslas platumu īpaši ātrai datu pārraidei un komunikācijai. Tomēr, lai pilnībā izmantotu šo potenciālu, ir jāpārvar ievērojamas tehniskas problēmas, jo īpaši pieejamā spektra pārvaldībā un efektīvā izmantošanā.
Šo izaicinājumu ir risinājis revolucionārs sasniegums: pirmais īpaši platjoslas integrētais terahercu polarizācijas (de)multipleksors, kas realizēts uz substrāta nesaturošas silīcija platformas.
Šis inovatīvais dizains ir paredzēts subterahercu J joslai (220–330 GHz) un tā mērķis ir pārveidot komunikāciju 6G un tālākām tehnoloģijām. Ierīce efektīvi divkāršo datu ietilpību, vienlaikus saglabājot zemu datu zuduma līmeni, paverot ceļu efektīviem un uzticamiem ātrgaitas bezvadu tīkliem.
Šī pagrieziena punkta komandu veido Adelaidas Universitātes Elektrotehnikas un mehāniskās inženierijas skolas profesors Vitavats Vitajačumnankuls, Dr. Veidžije Gao, kurš tagad ir pēcdotorantūras pētnieks Osakas Universitātē, un profesors Masajuki Fudžita.
Profesors Vitjačumnankuls paziņoja: "Ierosinātais polarizācijas multipleksors ļauj vienlaikus pārraidīt vairākas datu plūsmas vienā frekvenču joslā, efektīvi dubultojot datu ietilpību." Ierīces sasniegtais relatīvais joslas platums ir nepieredzēts nevienā frekvenču diapazonā, kas ir ievērojams lēciens integrētajiem multipleksoriem.
Polarizācijas multipleksori ir būtiski mūsdienu komunikācijā, jo tie ļauj vairākiem signāliem koplietot vienu un to pašu frekvenču joslu, ievērojami palielinot kanāla jaudu.
Jaunā ierīce to panāk, izmantojot koniskus virziena savienotājus un anizotropisku efektīvu vides apvalku. Šie komponenti uzlabo polarizācijas dubultlaušanu, kā rezultātā tiek panākts augsts polarizācijas ekstinkcijas koeficients (PER) un plašs joslas platums — efektīvu terahercu sakaru sistēmu galvenās īpašības.
Atšķirībā no tradicionālajām konstrukcijām, kas balstās uz sarežģītiem un no frekvences atkarīgiem asimetriskiem viļņvadiem, jaunajā multipleksorā tiek izmantots anizotropisks apšuvums ar tikai nelielu frekvences atkarību. Šī pieeja pilnībā izmanto konisko savienotāju nodrošināto plašo joslas platumu.
Rezultātā iegūst daļēju joslas platumu, kas ir tuvu 40%, vidējais PER pārsniedz 20 dB, un minimālie ievietošanas zudumi ir aptuveni 1 dB. Šie veiktspējas rādītāji ievērojami pārsniedz esošo optisko un mikroviļņu konstrukciju rādītājus, kuriem bieži vien ir šaurs joslas platums un lieli zudumi.
Pētnieku komandas darbs ne tikai uzlabo terahercu sistēmu efektivitāti, bet arī liek pamatus jaunai bezvadu sakaru ērai. Dr. Gao atzīmēja: "Šis jauninājums ir galvenais virzītājspēks terahercu sakaru potenciāla atraisīšanā." Lietojumprogrammas ietver augstas izšķirtspējas video straumēšanu, paplašināto realitāti un nākamās paaudzes mobilos tīklus, piemēram, 6G.
Tradicionālie terahercu polarizācijas pārvaldības risinājumi, piemēram, ortogonālā režīma pārveidotāji (OMT), kuru pamatā ir taisnstūrveida metāla viļņvadi, saskaras ar ievērojamiem ierobežojumiem. Metāla viļņvadiem ir palielināti omiskie zudumi augstākās frekvencēs, un to ražošanas procesi ir sarežģīti stingru ģeometrisko prasību dēļ.
Optiskie polarizācijas multipleksori, tostarp tie, kas izmanto Maha-Zehndera interferometrus vai fotoniskos kristālus, piedāvā labāku integrējamību un mazākus zudumus, taču bieži vien ir jāmeklē kompromisi starp joslas platumu, kompaktumu un ražošanas sarežģītību.
Virziena savienotāji tiek plaši izmantoti optiskajās sistēmās, un, lai sasniegtu kompaktu izmēru un augstu PER, ir nepieciešama spēcīga polarizācijas dubultlaušana. Tomēr tos ierobežo šaurs joslas platums un jutība pret ražošanas pielaidēm.
Jaunais multipleksors apvieno konisku virziena savienotāju un efektīvas vides apšuvuma priekšrocības, pārvarot šos ierobežojumus. Anizotropiskais apšuvums uzrāda ievērojamu dubultlaušanu, nodrošinot augstu PER plašā joslas platumā. Šis konstrukcijas princips iezīmē atkāpšanos no tradicionālajām metodēm, nodrošinot mērogojamu un praktisku risinājumu terahercu integrācijai.
Multipleksora eksperimentālā validācija apstiprināja tā izcilo veiktspēju. Ierīce efektīvi darbojas 225–330 GHz diapazonā, sasniedzot 37,8% daļēju joslas platumu, vienlaikus saglabājot PER virs 20 dB. Tā kompaktais izmērs un saderība ar standarta ražošanas procesiem padara to piemērotu masveida ražošanai.
Dr. Gao atzīmēja: "Šis jauninājums ne tikai uzlabo terahercu sakaru sistēmu efektivitāti, bet arī paver ceļu jaudīgākiem un uzticamākiem ātrgaitas bezvadu tīkliem."
Šīs tehnoloģijas potenciālie pielietojumi sniedzas tālāk par sakaru sistēmām. Uzlabojot spektra izmantošanu, multipleksors var veicināt progresu tādās jomās kā radari, attēlveidošana un lietu internets. "Desmit gadu laikā mēs sagaidām, ka šīs terahercu tehnoloģijas tiks plaši ieviestas un integrētas dažādās nozarēs," norādīja profesors Vitjačumnankuls.
Multipleksoru var arī nemanāmi integrēt ar komandas izstrādātajām agrākajām staru kūļa veidošanas ierīcēm, nodrošinot uzlabotas komunikācijas funkcijas vienotā platformā. Šī saderība uzsver efektīvās vidēji pārklātās dielektriskās viļņvada platformas daudzpusību un mērogojamību.
Komandas pētījumu rezultāti ir publicēti žurnālā Laser & Photonic Reviews, uzsverot to nozīmi fotoniskās terahercu tehnoloģijas attīstībā. Profesors Fudžita atzīmēja: "Pārvarot kritiskus tehniskus šķēršļus, paredzams, ka šis jauninājums stimulēs interesi un pētniecības aktivitātes šajā jomā."
Pētnieki paredz, ka viņu darbs iedvesmos jaunus pielietojumus un turpmākus tehnoloģiskus uzlabojumus turpmākajos gados, galu galā novedot pie komerciāliem prototipiem un produktiem.
Šis multipleksors ir nozīmīgs solis terahercu sakaru potenciāla atklāšanā. Tas nosaka jaunu standartu integrētām terahercu ierīcēm ar saviem vēl nebijušajiem veiktspējas rādītājiem.
Tā kā pieprasījums pēc ātrdarbīgiem, lielas ietilpības sakaru tīkliem turpina pieaugt, šādiem jauninājumiem būs izšķiroša loma bezvadu tehnoloģiju nākotnes veidošanā.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 16. decembris