Naujo tipo terahercinis multiplekseris padidino duomenų talpą dvigubai ir žymiai pagerino 6G ryšį su precedento neturinčiu pralaidumu ir mažu duomenų praradimu.
Tyrėjai pristatė itin plačios juostos terahercinį multiplekserį, kuris padvigubina duomenų talpą ir suteikia revoliucinių pažangų 6G ir ne tik. (Vaizdo šaltinis: Getty Images)
Naujos kartos bevielis ryšys, atstovaujamas terahercų technologija, žada pakeisti duomenų perdavimą.
Šios sistemos veikia terahercų dažniais ir siūlo neprilygstamą pralaidumą itin greitam duomenų perdavimui ir ryšiui. Tačiau norint visiškai išnaudoti šį potencialą, reikia įveikti didelius techninius iššūkius, ypač valdant ir efektyviai naudojant turimą spektrą.
Novatoriška pažanga išsprendė šį iššūkį: pirmasis itin plačiajuostis integruotas terahercinės poliarizacijos (de)multiplekseris, sukurtas ant silicio platformos be substrato.
Šis novatoriškas dizainas skirtas žemesniam teraherciniam J dažniui (220–330 GHz) ir juo siekiama pakeisti ryšį 6G ir ne tik. Įrenginys efektyviai padvigubina duomenų talpą, išlaikydamas žemą duomenų praradimo greitį, atverdamas kelią efektyviems ir patikimiems didelės spartos belaidžiams tinklams.
Šį etapą sudarė profesorius Withawat Withayachumnankul iš Adelaidės universiteto Elektros ir mechanikos inžinerijos mokyklos, dr. Weijie Gao, dabar Osakos universiteto doktorantūros tyrėjas, ir profesorius Masayuki Fujita.
Profesorius Withayachumnankul teigė: „Siūlomas poliarizacijos multiplekseris leidžia vienu metu perduoti kelis duomenų srautus toje pačioje dažnių juostoje, efektyviai padvigubinant duomenų talpą. Įrenginio pasiektas santykinis dažnių juostos plotis yra precedento neturintis bet kuriame dažnių diapazone, o tai reiškia didelį integruotų multiplekserių šuolį.
Poliarizacijos multiplekseriai yra būtini šiuolaikiniame ryšyje, nes jie leidžia keliems signalams dalytis ta pačia dažnių juosta, o tai žymiai padidina kanalo pajėgumą.
Naujajame įrenginyje tai pasiekiama naudojant kūgines kryptines jungtis ir anizotropinę veiksmingą terpę. Šie komponentai padidina poliarizacijos dvigubą lūžio koeficientą, todėl gaunamas didelis poliarizacijos išnykimo koeficientas (PER) ir platus dažnių juostos plotis – pagrindinės efektyvių terahercų ryšio sistemų charakteristikos.
Skirtingai nuo tradicinių konstrukcijų, kurios remiasi sudėtingais ir nuo dažnio priklausomais asimetriniais bangolaidžiais, naujajame multiplekseryje naudojamas anizotropinis apvalkalas, turintis tik nedidelę dažnio priklausomybę. Šis metodas visiškai išnaudoja platų pralaidumą, kurį suteikia kūginės jungtys.
Rezultatas yra dalinis dažnių juostos plotis, artimas 40%, vidutinis PER viršija 20 dB, o mažiausias įterpimo nuostolis yra maždaug 1 dB. Šie našumo rodikliai gerokai pranoksta esamų optinių ir mikrobangų modelių, kurie dažnai kenčia nuo siauro pralaidumo ir didelių nuostolių, rodiklius.
Mokslininkų grupės darbas ne tik padidina terahercinių sistemų efektyvumą, bet ir sudaro pagrindą naujai belaidžio ryšio erai. Dr. Gao pažymėjo: „Ši naujovė yra pagrindinis veiksnys, atskleidžiantis terahercinio ryšio potencialą“. Programos apima didelės raiškos vaizdo transliaciją, papildytąją realybę ir naujos kartos mobiliuosius tinklus, tokius kaip 6G.
Tradiciniai terahercų poliarizacijos valdymo sprendimai, tokie kaip ortogoninio režimo keitikliai (OMT), pagrįsti stačiakampiais metaliniais bangolaidžiais, susiduria su dideliais apribojimais. Metaliniai bangolaidžiai patiria didesnius ominius nuostolius aukštesniuose dažniuose, o jų gamybos procesai yra sudėtingi dėl griežtų geometrinių reikalavimų.
Optinės poliarizacijos multiplekseriai, įskaitant tuos, kuriuose naudojami Mach-Zehnder interferometrai arba fotoniniai kristalai, užtikrina geresnį integravimą ir mažesnius nuostolius, tačiau dažnai reikalauja kompromisų tarp pralaidumo, kompaktiškumo ir gamybos sudėtingumo.
Kryptinės jungtys yra plačiai naudojamos optinėse sistemose ir reikalauja stipraus poliarizacijos dvigubo lūžio, kad būtų pasiektas kompaktiškas dydis ir didelis PER. Tačiau juos riboja siauras pralaidumas ir jautrumas gamybos tolerancijoms.
Naujasis multiplekseris sujungia kūginių kryptinių jungčių ir veiksmingos vidutinės dangos privalumus, įveikdamas šiuos apribojimus. Anizotropinė danga pasižymi dideliu dvigubu lūžiu, užtikrinančiu aukštą PER plačiame dažnių juostos plotyje. Šis projektavimo principas žymi nukrypimą nuo tradicinių metodų, suteikiant keičiamo dydžio ir praktišką terahercų integravimo sprendimą.
Eksperimentinis multiplekserio patvirtinimas patvirtino jo išskirtinį veikimą. Įrenginys efektyviai veikia 225–330 GHz diapazone, pasiekdamas 37,8 % dalinį dažnių juostos plotį, išlaikant didesnį nei 20 dB PER. Dėl kompaktiško dydžio ir suderinamumo su standartiniais gamybos procesais jis tinkamas masinei gamybai.
Dr. Gao pažymėjo: „Ši naujovė ne tik padidina terahercinių ryšių sistemų efektyvumą, bet ir atveria kelią galingesniems ir patikimesniems didelės spartos belaidžiams tinklams“.
Galimas šios technologijos pritaikymas apima ne tik ryšių sistemas. Gerindamas spektro panaudojimą, multiplekseris gali paskatinti pažangą tokiose srityse kaip radaras, vaizdavimas ir daiktų internetas. „Tikimės, kad per dešimtmetį šios terahercinės technologijos bus plačiai pritaikytos ir integruotos įvairiose pramonės šakose“, – teigė profesorius Withayachumnankul.
Multiplekseris taip pat gali būti sklandžiai integruotas su ankstesniais komandos sukurtais spindulių formavimo įrenginiais, leidžiančiais pažangias komunikacijos funkcijas vieningoje platformoje. Šis suderinamumas išryškina efektyvios vidutinio sluoksnio dielektrinio bangolaidžio platformos universalumą ir mastelį.
Grupės tyrimų rezultatai buvo paskelbti žurnale Laser & Photonic Reviews, pabrėžiant jų svarbą tobulinant fotoninių terahercų technologiją. Profesorius Fujita pažymėjo: „Tikimasi, kad įveikus svarbias technines kliūtis ši naujovė paskatins susidomėjimą ir mokslinių tyrimų veiklą šioje srityje.
Tyrėjai tikisi, kad ateinančiais metais jų darbas įkvėps naujoms programoms ir tolesniems technologiniams patobulinimams, o tai galiausiai paskatins komercinius prototipus ir produktus.
Šis multiplekseris yra reikšmingas žingsnis į priekį atveriant terahercinio ryšio potencialą. Jis nustato naują standartą integruotiems teraherciniams įrenginiams su precedento neturinčiais našumo rodikliais.
Didėjant didelės spartos, didelės talpos ryšio tinklų paklausai, tokios naujovės vaidins itin svarbų vaidmenį formuojant belaidžių technologijų ateitį.
Paskelbimo laikas: 2024-12-16