Uuden tyyppinen terahertsin multiplekseri on kaksinkertaistanut datakapasiteetin ja parantanut merkittävästi 6G -viestintää ennennäkemättömällä kaistanleveydellä ja alhaisella tiedon menetyksellä.
Tutkijat ovat ottaneet käyttöön superleveän terahertsin multiplekserin, joka kaksinkertaistaa datakapasiteetin ja tuo vallankumoukselliset edistykset 6G: hen ja sen jälkeen. (Kuvan lähde: Getty Images)
Seuraavan sukupolven langaton viestintä, jota edustaa Teraherts-tekniikka, lupaa mullistaa tiedonsiirron.
Nämä järjestelmät toimivat Teraherts-taajuuksilla tarjoamalla vertaansa vailla olevaa kaistanleveyttä erittäin nopeaa tiedonsiirtoa ja viestintää varten. Tämän potentiaalin toteuttamiseksi täysin on kuitenkin voitettava merkittäviä teknisiä haasteita, etenkin käytettävissä olevan spektrin hallinnassa ja tehokkaassa hyödyntämisessä.
Uraauurtava eteneminen on käsitellyt tämän haasteen: Ensimmäinen ultrakaatan integroitu terahertsin polarisaatio (DE), joka toteutetaan substraattittomalla pii-alustalla.
Tämä innovatiivinen suunnittelu kohdistuu Sub-Terahertz J Bandiin (220-330 GHz) ja pyrkii muuttamaan viestintää 6G: lle ja sen jälkeen. Laite kaksinkertaistaa tehokkaasti datakapasiteetin säilyttäen samalla alhaisen tietojen menetyksenopeuden, tasoittaen tietä tehokkaille ja luotettaville nopeaan langattomiin verkkoihin.
Tämän virstanpylvään takana olevaan tiimiin kuuluu professori Withawat Withayachumnakul Adelaiden yliopiston sähkö- ja konepajakoulusta, tohtori Weijie Gao, joka on nyt tutkijatohtori Osakan yliopistossa ja professori Masayuki Fujita.
Professori WithAchumnankul totesi: "Ehdotettu polarisaatio multiplekseri mahdollistaa useiden tietovirtojen lähettämisen samanaikaisesti samalla taajuuskaistalla, kaksinkertaistamalla datakapasiteetin tehokkaasti." Laitteen saavuttama suhteellinen kaistanleveys on ennennäkemätön kaikilla taajuusalueilla, mikä edustaa merkittävää harppausta integroiduille multipleksereille.
Polarisaatio multiplekserit ovat välttämättömiä nykyaikaisessa viestinnässä, koska ne mahdollistavat useita signaaleja saman taajuuskaistan jakamiseen, mikä parantaa merkittävästi kanavakapasiteettia.
Uusi laite saavuttaa tämän hyödyntämällä kartiomaisia suunnansiirtoja ja anisotrooppisia tehokkaita keskikokoisia verhouksia. Nämä komponentit parantavat polarisaation kahtaistumista, mikä johtaa korkean polarisaation sukupuuttoon (Per) ja laajaan kaistanleveyteen - tehokkaiden terahertsikommunikaatiojärjestelmien avainominaisuuksiin.
Toisin kuin perinteiset mallit, jotka luottavat kompleksista ja taajuudesta riippuvaisiin epäsymmetrisiin aaltojohtoihin, uudessa multiplekserissä käytetään anisotrooppisia verhouksia vain pienellä taajuuden riippuvuudella. Tämä lähestymistapa hyödyntää täysin kartiomaisten kytkenten tarjoamaa kaistanleveyttä.
Tuloksena on murto -kaistanleveys, joka on lähellä 40%, keskimäärin yli 20 dB ja vähimmäislaitteen menetys noin 1 dB. Nämä suorituskykymittarit ylittävät huomattavasti olemassa olevien optisten ja mikroaaltouunien mallit, jotka kärsivät usein kapeasta kaistanleveydestä ja suuresta menetyksestä.
Tutkimusryhmän työ ei vain paranna terahertsijärjestelmien tehokkuutta, vaan myös luodaan uuden aikakauden perusta langattomassa viestinnässä. Dr. Gao totesi: "Tämä innovaatio on avaintekijä terahertsikommunikaation potentiaalin avaamisessa." Sovellukset sisältävät teräväpiirtovideon suoratoistoa, lisätyn todellisuuden ja seuraavan sukupolven mobiiliverkkoja, kuten 6G.
Perinteiset terahertsin polarisaation hallintaratkaisut, kuten ortogonaaliset moodin muuntimet (OMT), jotka perustuvat suorakaiteen muotoisiin metalli -aaltojohtoihin, ovat merkittäviä rajoituksia. Metalli -aaltoputket kokevat lisääntyneitä ohmisia menetyksiä korkeammilla taajuuksilla, ja niiden valmistusprosessit ovat monimutkaisia tiukkojen geometristen vaatimusten vuoksi.
Optiset polarisaatio multiplekserit, mukaan lukien ne, jotka käyttävät Mach-Znder-interferometrejä tai fotonisia kiteitä, tarjoavat paremman integroituvuuden ja pienemmät menetykset, mutta vaativat usein kompromisseja kaistanleveyden, kompaktiuden ja monimutkaisuuden valmistuksen välillä.
Suuntakytkimiä käytetään laajasti optisissa järjestelmissä, ja ne vaativat voimakasta polarisaatiota kahtaistuneisuutta kompaktin koon saavuttamiseksi ja korkealle per. Niitä rajoittaa kuitenkin kapea kaistanleveys ja herkkyys valmistustoleransseille.
Uudessa multiplekserissä yhdistyvät kartiomaisten suunnan kytken ja tehokkaiden väliaineen verhouksen edut, jotka ylittävät nämä rajoitukset. Anisotrooppisella verhouksella on merkittävää kahtaistaistumista, mikä varmistaa korkean kaistanleveyden yli. Tämä suunnitteluperiaate merkitsee poikkeamista perinteisistä menetelmistä, jotka tarjoavat skaalautuvan ja käytännöllisen ratkaisun terahertsin integrointiin.
Multiplekserin kokeellinen validointi vahvisti sen poikkeuksellisen suorituskyvyn. Laite toimii tehokkaasti 225-330 GHz: n alueella saavuttaen murto-kaistanleveyden 37,8% säilyttäen samalla yli 20 dB. Sen kompakti koko ja yhteensopivuus tavallisten valmistusprosessien kanssa tekevät siitä sopivan massatuotantoon.
Dr. Gao huomautti: "Tämä innovaatio ei vain paranna terahertsikommunikaatiojärjestelmien tehokkuutta, vaan myös tasoittaa tietä tehokkaammille ja luotettavampille nopeaille langattomille verkkoille."
Tämän tekniikan mahdolliset sovellukset ulottuvat viestintäjärjestelmien ulkopuolelle. Parannalla spektrin käyttöä, multiplekseri voi edistää aloilla, kuten tutka, kuvantaminen ja esineiden Internet. "Odotamme vuosikymmenen kuluessa näiden terahertsiteknologioiden olevan laajalti käyttöön ja integroituneita eri toimialoille", professori WithAyachumnakul totesi.
Multiplekseri voidaan myös integroida saumattomasti ryhmän kehittämiin aikaisempiin säteenmuotoilaitteisiin, mikä mahdollistaa edistyneiden viestintätoiminnot yhtenäisellä alustalla. Tämä yhteensopivuus korostaa tehokkaan keskisuurten dielektrisen aaltojohtoalustan monipuolisuutta ja skaalautuvuutta.
Ryhmän tutkimustulokset on julkaistu Laser & Fotonic -arvostelussa, korostaen niiden merkitystä fotonisen terahertsitekniikan edistämisessä. Professori Fujita huomautti: "Kriittisten teknisten esteiden voittamalla tämän innovaation odotetaan stimuloivan alan kiinnostusta ja tutkimustoimintaa".
Tutkijat ennakoivat, että heidän työnsä inspiroivat uusia sovelluksia ja muita teknisiä parannuksia tulevina vuosina, mikä johtaa viime kädessä kaupallisiin prototyyppeihin ja tuotteisiin.
Tämä multiplekseri edustaa merkittävää askel eteenpäin terahertsikommunikaation potentiaalin avaamisessa. Se asettaa uuden standardin integroiduille terahertsilaitteille ennennäkemättömien suorituskykymittarien kanssa.
Koska nopean, suuren kapasiteetin viestintäverkkojen kysyntä kasvaa edelleen, tällaisilla innovaatioilla on ratkaiseva rooli langattoman tekniikan tulevaisuuden muotoilussa.
Viestin aika: joulukuu-16-2024