Jauna tipa terahercu multipleksoram ir dubultota datu ietilpība un ievērojami uzlabota 6G komunikācija ar vēl nebijušu joslas platumu un zemu datu zudumu.
Pētnieki ir ieviesuši īpaši platjoslas terahercu multipleksoru, kas dubulto datu ietilpību un sniedz revolucionārus sasniegumus 6G un ne tikai. (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 saziņai. Tomēr, lai pilnībā izmantotu šo potenciālu, ir jāpārvar ievērojamas tehniskas problēmas, jo īpaši attiecībā uz pieejamā spektra pārvaldību un efektīvu izmantošanu.
Revolucionārs sasniegums ir atrisinājis šo izaicinājumu: pirmais īpaši platjoslas integrētais terahercu polarizācijas (de)multiplekseris, kas realizēts uz silīcija platformas, kurā nav substrāta.
Šis novatoriskais dizains ir vērsts uz zemterahercu J joslu (220–330 GHz), un tā mērķis ir pārveidot komunikāciju 6G un ne tikai. Ierīce efektīvi dubulto datu ietilpību, vienlaikus saglabājot zemu datu zudumu līmeni, paverot ceļu efektīviem un uzticamiem ātrdarbīgiem bezvadu tīkliem.
Šī pavērsiena komandā ir profesors Vivats Vijačumnankuls no Adelaidas Universitātes Elektrotehnikas un mašīnbūves skolas, Dr Weijie Gao, tagad Osakas universitātes pēcdoktorantūras pētnieks, un profesors Masayuki Fujita.
Profesors Withayachumnankul teica: "Ierosinātais polarizācijas multiplekseris ļauj vienlaikus pārraidīt vairākas datu plūsmas tajā pašā frekvenču joslā, faktiski dubultojot datu ietilpību." Ierīces sasniegtais relatīvais joslas platums ir bezprecedenta nevienā frekvenču diapazonā, kas ir ievērojams lēciens integrētajiem multipleksoriem.
Polarizācijas multipleksori ir būtiski mūsdienu komunikācijā, jo tie ļauj vairākiem signāliem koplietot vienu frekvenču joslu, ievērojami palielinot kanāla jaudu.
Jaunā ierīce to panāk, izmantojot konusveida virziena savienotājus un anizotropu efektīvu vidēju apšuvumu. Šie komponenti uzlabo polarizācijas divreizējo lūzumu, kā rezultātā tiek nodrošināts augsts polarizācijas izzušanas koeficients (PER) un plašs joslas platums — efektīvas terahercu sakaru sistēmu galvenās īpašības.
Atšķirībā no tradicionālajiem dizainiem, kas balstās uz sarežģītiem un no frekvences atkarīgiem asimetriskiem viļņvadiem, jaunais multiplekseris izmanto anizotropu apšuvumu ar tikai nelielu frekvences atkarību. Šī pieeja pilnībā izmanto plašo joslas platumu, ko nodrošina koniskie savienotāji.
Rezultāts ir daļējais joslas platums, kas ir tuvu 40%, vidējais PER pārsniedz 20 dB, un minimālais ievietošanas zudums ir aptuveni 1 dB. Šie veiktspējas rādītāji ievērojami pārsniedz esošo optisko un mikroviļņu konstrukciju rādītājus, kas bieži cieš no šaura joslas platuma un lieliem zudumiem.
Pētnieku grupas darbs ne tikai uzlabo terahercu sistēmu efektivitāti, bet arī liek pamatu jaunai bezvadu sakaru ērai. Dr Gao atzīmēja: "Šis jauninājums ir galvenais virzītājspēks, lai atraisītu terahercu komunikācijas potenciālu." Lietojumprogrammas ietver augstas izšķirtspējas video straumēšanu, paplašināto realitāti un nākamās paaudzes mobilos tīklus, piemēram, 6G.
Tradicionālie terahercu polarizācijas pārvaldības risinājumi, piemēram, ortogonālā režīma devēji (OMT), kuru pamatā ir taisnstūrveida metāla viļņvadi, saskaras ar ievērojamiem ierobežojumiem. Metāla viļņvadiem ir palielināti omi zudumi augstākās frekvencēs, un to ražošanas procesi ir sarežģīti stingro ģeometrisko prasību dēļ.
Optiskās polarizācijas multipleksori, tostarp tie, kuros tiek izmantoti Mach-Zehnder interferometri vai fotoniskie kristāli, piedāvā labāku integrējamību un mazākus zudumus, taču bieži vien ir nepieciešams kompromiss 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 divreizēja laušana. Tomēr tos ierobežo šaurs joslas platums un jutība pret ražošanas pielaidēm.
Jaunais multiplekseris apvieno konisko virziena savienotāju priekšrocības un efektīvu vidējo apšuvumu, pārvarot šos ierobežojumus. Anizotropajam apšuvumam ir ievērojama dubultā laušana, nodrošinot augstu PER plašā joslas platumā. Šis dizaina princips iezīmē atkāpšanos no tradicionālajām metodēm, nodrošinot mērogojamu un praktisku risinājumu terahercu integrācijai.
Multipleksera eksperimentālā validācija apstiprināja tā izcilo veiktspēju. Ierīce efektīvi darbojas 225–330 GHz diapazonā, sasniedzot 37,8% frekvenču joslas platumu, vienlaikus saglabājot PER virs 20 dB. Tā kompaktais izmērs un savietojamība ar standarta ražošanas procesiem padara to piemērotu masveida ražošanai.
Dr Gao atzīmēja: "Šī inovācija ne tikai uzlabo terahercu sakaru sistēmu efektivitāti, bet arī paver ceļu jaudīgākiem un uzticamākiem ātrgaitas bezvadu tīkliem."
Šīs tehnoloģijas potenciālie pielietojumi pārsniedz sakaru sistēmas. Uzlabojot spektra izmantošanu, multipleksors var veicināt progresu tādās jomās kā radars, attēlveidošana un lietu internets. "Mēs sagaidām, ka desmit gadu laikā šīs terahercu tehnoloģijas tiks plaši izmantotas un integrētas dažādās nozarēs," sacīja profesors Vijačumnankuls.
Multiplekseru var arī nemanāmi integrēt ar agrākām staru formēšanas ierīcēm, ko izstrādājusi komanda, nodrošinot uzlabotas komunikācijas funkcijas vienotā platformā. Šī saderība izceļ efektīvās vidēji pārklājuma dielektriskās viļņvada platformas daudzpusību un mērogojamību.
Komandas pētījumu rezultāti ir publicēti žurnālā Laser & Photonic Reviews, uzsverot to nozīmi fotonisko terahercu tehnoloģijas attīstībā. Profesors Fujita atzīmēja: "Paredzams, ka, pārvarot kritiskos tehniskos šķēršļus, šī inovācija veicinās interesi un pētniecības darbību šajā jomā."
Pētnieki paredz, ka viņu darbs nākamajos gados iedvesmos jaunas lietojumprogrammas un turpmākus tehnoloģiskus uzlabojumus, kas galu galā novedīs pie komerciāliem prototipiem un produktiem.
Šis multipleksors ir nozīmīgs solis uz priekšu terahercu komunikācijas potenciāla atrašanā. Tas nosaka jaunu standartu integrētām terahercu ierīcēm ar vēl nebijušu veiktspējas metriku.
Tā kā pieprasījums pēc ātrdarbīgiem lielas ietilpības sakaru tīkliem turpina pieaugt, šādiem jauninājumiem būs izšķiroša nozīme bezvadu tehnoloģiju nākotnes veidošanā.
Izlikšanas laiks: 16. decembris 2024