Naujo tipo terahercų multipleksorius padvigubino duomenų perdavimo pajėgumą ir žymiai pagerino 6G ryšį, užtikrindamas precedento neturintį pralaidumą ir mažus duomenų praradimus.
Tyrėjai pristatė itin plataus diapazono terahercų multipleksorių, kuris padvigubina duomenų perdavimo pajėgumus ir suteikia revoliucinių pranašumų 6G ir tolesnėse srityse. (Vaizdo šaltinis: „Getty Images“)
Naujos kartos belaidis ryšys, kurį reprezentuoja terahercų technologija, žada iš esmės pakeisti duomenų perdavimą.
Šios sistemos veikia terahercų dažniais, siūlydamos neprilygstamą pralaidumą itin greitam duomenų perdavimui ir ryšiui. Tačiau norint visapusiškai išnaudoti šį potencialą, reikia įveikti didelius techninius iššūkius, ypač valdant ir efektyviai naudojant turimą spektrą.
Šį iššūkį išsprendė novatoriškas žingsnis: pirmasis itin plačiajuostis integruotas terahercų poliarizacijos (de)multiplekseris, realizuotas ant silicio platformos be substrato.
Šis novatoriškas dizainas skirtas subterahercų J juostai (220–330 GHz) ir siekia transformuoti ryšį 6G ir naujesniems ryšiams. Įrenginys efektyviai padvigubina duomenų talpą, išlaikydamas mažą duomenų praradimo rodiklį, taip atverdamas kelią efektyviems ir patikimiems didelės spartos belaidžiams tinklams.
Šį svarbų žingsnį pasiekusią komandą sudaro Adelaidės universiteto Elektros ir mechanikos inžinerijos mokyklos profesorius Withawat Withayachumnankul, Osakos universiteto podoktorantūros tyrėjas dr. Weijie Gao ir profesorius Masayuki Fujita.
Profesorius Withayachumnankul teigė: „Siūlomas poliarizacijos multipleksorius leidžia vienu metu perduoti kelis duomenų srautus toje pačioje dažnių juostoje, efektyviai padvigubinant duomenų talpą.“ Įrenginio pasiektas santykinis pralaidumas neturi precedento jokiame dažnių diapazone, o tai reiškia didelį šuolį integruotų multipleksorių srityje.
Poliarizacijos multiplekseriai yra būtini šiuolaikinėje komunikacijoje, nes jie leidžia keliems signalams dalytis ta pačia dažnių juosta, o tai žymiai padidina kanalo pajėgumą.
Naujasis įrenginys tai pasiekia naudodamas kūgines kryptines jungtis ir anizotropinį efektyvios terpės apvalkalą. Šie komponentai sustiprina poliarizacijos dvigubą lūžimą, todėl gaunamas didelis poliarizacijos gesinimo santykis (PER) ir platus pralaidumas – pagrindinės efektyvių terahercų ryšio sistemų savybės.
Skirtingai nuo tradicinių konstrukcijų, kurios remiasi sudėtingais ir nuo dažnio priklausomais asimetriniais bangolaidžiais, naujasis multiplekseris naudoja anizotropinį apvalkalą, kurio dažnio priklausomybė yra tik nedidelė. Šis metodas visiškai išnaudoja didelį kūginių jungčių teikiamą pralaidumą.
Rezultatas – artima 40 % dalinė pralaidumo riba, vidutinė PER vertė viršija 20 dB, o minimalus įterpties nuostolis siekia maždaug 1 dB. Šie našumo rodikliai gerokai viršija esamų optinių ir mikrobangų konstrukcijų, kurioms dažnai būdingas siauras pralaidumo diapazonas ir dideli nuostoliai, rodiklius.
Mokslininkų komandos darbas ne tik padidina terahercų sistemų efektyvumą, bet ir kloja pamatus naujai belaidžio ryšio erai. Dr. Gao pažymėjo: „Ši inovacija yra pagrindinis veiksnys, padedantis atskleisti terahercų ryšio potencialą.“ Taikymo sritys apima didelės raiškos vaizdo transliacijas, papildytąją realybę ir naujos kartos mobiliuosius tinklus, tokius kaip 6G.
Tradiciniai terahercų poliarizacijos valdymo sprendimai, tokie kaip ortogonalūs keitikliai (OMT), pagrįsti stačiakampiais metaliniais bangolaidžiais, susiduria su dideliais apribojimais. Metaliniai bangolaidžiai patiria padidėjusius ominius nuostolius esant aukštesniems dažniams, o jų gamybos procesai yra sudėtingi dėl griežtų geometrinių reikalavimų.
Optiniai poliarizacijos multiplekseriai, įskaitant tuos, kurie naudoja Macho-Zehnderio interferometrus arba fotoninius kristalus, pasižymi geresniu integravimu ir mažesniais nuostoliais, tačiau dažnai reikia kompromisų tarp pralaidumo, kompaktiškumo ir gamybos sudėtingumo.
Kryptiniai jungikliai yra plačiai naudojami optinėse sistemose ir jiems reikalingas stiprus poliarizacijos dvigubas lūžis, kad būtų pasiektas kompaktiškas dydis ir didelis PER. Tačiau juos riboja siauras pralaidumas ir jautrumas gamybos tolerancijoms.
Naujasis multiplekseris sujungia kūginių kryptinių jungčių ir efektyvaus terpės apvalkalo privalumus, įveikdamas šiuos apribojimus. Anizotropinis apvalkalas pasižymi dideliu dvigubu lūžiu, užtikrindamas aukštą PER plačiame pralaidume. Šis projektavimo principas žymi nukrypimą nuo tradicinių metodų ir siūlo keičiamo dydžio bei praktišką terahercų integravimo sprendimą.
Eksperimentinis multiplekserio patvirtinimas patvirtino jo išskirtinį našumą. Įrenginys efektyviai veikia 225–330 GHz diapazone, pasiekdamas 37,8 % dalinį pralaidumą ir išlaikydamas didesnį nei 20 dB PER. Dėl kompaktiško dydžio ir suderinamumo su standartiniais gamybos procesais jis tinka masinei gamybai.
Dr. Gao pastebėjo: „Ši inovacija ne tik padidina terahercų ryšio sistemų efektyvumą, bet ir atveria kelią galingesniems ir patikimesniems didelės spartos belaidžiams tinklams.“
Šios technologijos potencialus pritaikymas neapsiriboja vien ryšių sistemomis. Pagerindamas spektro panaudojimą, multipleksorius gali paskatinti pažangą tokiose srityse kaip radarai, vaizdavimas ir daiktų internetas. „Tikimės, kad per dešimtmetį šios terahercų technologijos bus plačiai pritaikytos ir integruotos įvairiose pramonės šakose“, – teigė profesorius Withayachumnankul.
Multipleksorius taip pat gali būti sklandžiai integruotas su ankstesniais komandos sukurtais spindulių formavimo įrenginiais, įgalinant pažangias ryšio funkcijas vieningoje platformoje. Šis suderinamumas pabrėžia efektyvios vidutinio storio dielektrinio bangolaidžio platformos universalumą ir mastelio keitimą.
Komandos tyrimų rezultatai buvo paskelbti žurnale „Laser & Photonic Reviews“, pabrėžiant jų svarbą tobulinant fotoninę terahercų technologiją. Profesorius Fujita pažymėjo: „Tikimasi, kad įveikusi kritines technines kliūtis, ši inovacija paskatins susidomėjimą ir mokslinių tyrimų veiklą šioje srityje.“
Tyrėjai tikisi, kad jų darbas ateinančiais metais įkvėps naujų pritaikymų ir tolesnių technologinių patobulinimų, galiausiai vedančių prie komercinių prototipų ir produktų.
Šis multiplekseris yra reikšmingas žingsnis į priekį atskleidžiant terahercų ryšio potencialą. Jis nustato naują integruotų terahercų įrenginių standartą dėl savo precedento neturinčių našumo rodiklių.
Kadangi didelės spartos ir didelės talpos ryšių tinklų paklausa toliau auga, tokios inovacijos atliks lemiamą vaidmenį formuojant belaidžių technologijų ateitį.
Įrašo laikas: 2024 m. gruodžio 16 d.