Uuden tyyppisessä terahertsimultiplekserissä on kaksinkertaistettu datakapasiteetti ja parannettu merkittävästi 6G-tietoliikennettä ennennäkemättömällä kaistanleveydellä ja pienellä tiedonhäviöllä.
Tutkijat ovat ottaneet käyttöön erittäin laajakaistaisen terahertsimultiplekserin, joka kaksinkertaistaa datakapasiteetin ja tuo vallankumouksellisia edistysaskeleita 6G-verkkoon ja sen uudempaan. (Kuvan lähde: Getty Images)
Seuraavan sukupolven langaton viestintä, jota edustaa terahertsitekniikka, lupaa mullistaa tiedonsiirron.
Nämä järjestelmät toimivat terahertsin taajuuksilla ja tarjoavat vertaansa vailla olevan kaistanleveyden erittäin nopeaan tiedonsiirtoon ja viestintään. Tämän potentiaalin täysimääräinen hyödyntäminen edellyttää kuitenkin merkittävien teknisten haasteiden voittamista erityisesti käytettävissä olevan taajuuden hallinnassa ja tehokkaassa hyödyntämisessä.
Uraauurtava edistysaskel on vastannut tähän haasteeseen: ensimmäinen ultralaajakaistainen integroitu terahertsipolarisaatio (de)multiplekseri, joka on toteutettu substraattivapaalle piialustalle.
Tämä innovatiivinen muotoilu on suunnattu aliterahertsin J-kaistalle (220-330 GHz) ja sen tavoitteena on muuttaa viestintä 6G- ja sitä pidemmälle. Laite kaksinkertaistaa datakapasiteetin tehokkaasti säilyttäen samalla alhaisen tiedonmenetysnopeuden, mikä tasoittaa tietä tehokkaille ja luotettaville nopeille langattomille verkoille.
Tämän virstanpylvään takana on professori Withawat Withayachumnankul Adelaiden yliopiston sähkö- ja konetekniikan korkeakoulusta, tohtori Weijie Gao, joka on nyt Osakan yliopiston tutkijatohtori, ja professori Masayuki Fujita.
Professori Withayachumnankul totesi: "Ehdotettu polarisaatiomultiplekseri mahdollistaa useiden tietovirtojen lähettämisen samanaikaisesti samalla taajuuskaistalla, mikä kaksinkertaistaa datakapasiteetin." Laitteen saavuttama suhteellinen kaistanleveys on ennennäkemätön millään taajuusalueella, mikä edustaa merkittävää harppausta integroitujen multiplekserien kannalta.
Polarisaatiomultiplekserit ovat välttämättömiä nykyaikaisessa viestinnässä, koska ne mahdollistavat useiden signaalien jakamisen samalla taajuuskaistalla, mikä lisää merkittävästi kanavakapasiteettia.
Uusi laite saavuttaa tämän käyttämällä kartiomaisia suuntakytkimiä ja anisotrooppista tehokasta väliainepäällystettä. Nämä komponentit parantavat polarisaation kahtaistaittavuutta, mikä johtaa korkeaan polarisaatiosammutussuhteeseen (PER) ja laajaan kaistanleveyteen – tehokkaiden terahertsiviestintäjärjestelmien tärkeimmät ominaisuudet.
Toisin kuin perinteiset mallit, jotka perustuvat monimutkaisiin ja taajuudesta riippuvaisiin epäsymmetrisiin aaltoputkiin, uusi multiplekseri käyttää anisotrooppista päällystettä, jolla on vain pieni taajuusriippuvuus. Tämä lähestymistapa hyödyntää täysin kartiomaisten liittimien tarjoamaa runsasta kaistanleveyttä.
Tuloksena on murto-osa kaistanleveydestä, joka on lähellä 40 %, keskimääräinen PER ylittää 20 dB ja pienin lisäyshäviö on noin 1 dB. Nämä suorituskykymittarit ylittävät huomattavasti nykyisten optisten ja mikroaaltouunien mittarit, jotka usein kärsivät kapeasta kaistanleveydestä ja suuresta häviöstä.
Tutkimusryhmän työ ei ainoastaan lisää terahertsijärjestelmien tehokkuutta, vaan myös luo pohjan uudelle aikakaudelle langattomassa viestinnässä. Dr. Gao huomautti: "Tämä innovaatio on avaintekijä terahertsiviestinnän potentiaalin vapauttamisessa." Sovelluksia ovat teräväpiirtovideoiden suoratoisto, lisätty todellisuus ja seuraavan sukupolven mobiiliverkot, kuten 6G.
Perinteiset terahertsipolarisaation hallintaratkaisut, kuten suorakulmaisiin metalliaaltoputkiin perustuvat ortogonaalimuotoiset muuntimet (OMT:t), kohtaavat merkittäviä rajoituksia. Metalliset aaltoputket kokevat suuremmat ohmiset häviöt korkeammilla taajuuksilla, ja niiden valmistusprosessit ovat monimutkaisia tiukkojen geometristen vaatimusten vuoksi.
Optiset polarisaatiomultiplekserit, mukaan lukien ne, joissa käytetään Mach-Zehnderin interferometrejä tai fotonikiteitä, tarjoavat paremman integroitavuuden ja pienemmät häviöt, mutta vaativat usein kompromisseja kaistanleveyden, kompaktin ja valmistuksen monimutkaisuuden välillä.
Suuntakytkimiä käytetään laajalti optisissa järjestelmissä ja ne vaativat vahvan polarisaatiokaksitaitteen kompaktin koon ja korkean PER:n saavuttamiseksi. Niitä rajoittaa kuitenkin kapea kaistanleveys ja herkkyys valmistustoleransseille.
Uusi multiplekseri yhdistää kartiomaisten suuntakytkimien ja tehokkaan keskiverhouksen edut, mikä voittaa nämä rajoitukset. Anisotrooppisella päällysteellä on merkittävä kahtaistaitteisuus, mikä varmistaa korkean PER:n laajalla kaistanleveydellä. Tämä suunnitteluperiaate merkitsee poikkeamaa perinteisistä menetelmistä tarjoten skaalautuvan ja käytännöllisen ratkaisun terahertsiintegraatioon.
Multiplekserin kokeellinen validointi vahvisti sen poikkeuksellisen suorituskyvyn. Laite toimii tehokkaasti 225-330 GHz:n taajuudella ja saavuttaa 37,8 %:n murtokaistanleveyden pitäen samalla PER:n yli 20 dB:ssä. Sen kompakti koko ja yhteensopivuus standardien valmistusprosessien kanssa tekevät siitä sopivan massatuotantoon.
Dr. Gao huomautti: "Tämä innovaatio ei ainoastaan lisää terahertsiviestintäjärjestelmien tehokkuutta, vaan myös tasoittaa tietä tehokkaammille ja luotettavammille nopeille langattomille verkoille."
Tämän tekniikan mahdolliset sovellukset ulottuvat viestintäjärjestelmien ulkopuolelle. Parantamalla spektrin käyttöä multiplekseri voi edistää kehitystä sellaisilla aloilla kuin tutka, kuvantaminen ja esineiden internet. "Odotamme näiden terahertsitekniikoiden laajalti käyttöönoton ja integroituvan eri toimialoilla vuosikymmenen kuluessa", professori Withayachumnankul sanoi.
Multiplekseri voidaan myös integroida saumattomasti ryhmän kehittämiin aikaisempiin keilanmuodostuslaitteisiin, mikä mahdollistaa edistyneet viestintätoiminnot yhtenäisellä alustalla. Tämä yhteensopivuus korostaa tehokkaan keskipäällysteisen dielektrisen aaltoputkialustan monipuolisuutta ja skaalautuvuutta.
Ryhmän tutkimustulokset on julkaistu Laser & Photonic Reviews -lehdessä, ja ne korostavat niiden merkitystä fotonisen terahertsiteknologian edistämisessä. Professori Fujita huomautti: "Voittelemalla kriittiset tekniset esteet tämän innovaation odotetaan herättävän kiinnostusta ja tutkimustoimintaa alalla."
Tutkijat odottavat, että heidän työnsä inspiroi uusia sovelluksia ja uusia teknologisia parannuksia tulevina vuosina, mikä johtaa lopulta kaupallisiin prototyyppeihin ja tuotteisiin.
Tämä multiplekseri edustaa merkittävää askelta eteenpäin terahertsiviestinnän potentiaalin vapauttamisessa. Se asettaa uuden standardin integroiduille terahertsilaitteille ennennäkemättömillä suorituskykymittareillaan.
Nopeiden ja suurikapasiteettisten tietoliikenneverkkojen kysynnän kasvaessa tällaisilla innovaatioilla on ratkaiseva rooli langattoman teknologian tulevaisuuden muovaamisessa.
Postitusaika: 16.12.2024