Nova vrsta teraherčnega multiplekserja je podvojila podatkovno zmogljivost in znatno izboljšala komunikacijo 6G z izjemno pasovno širino in nizko izgubo podatkov.
Raziskovalci so predstavili super širokopasovni teraherčni multiplekser, ki podvoji podatkovno zmogljivost in prinaša revolucionaren napredek v 6G in naprej. (Vir slike: Getty Images)
Brezžična komunikacija naslednje generacije, ki jo predstavlja teraherčna tehnologija, obljublja revolucijo v prenosu podatkov.
Ti sistemi delujejo na teraherčnih frekvencah in ponujajo neprimerljivo pasovno širino za ultra hiter prenos podatkov in komunikacijo. Vendar pa je za polno uresničitev tega potenciala treba premagati znatne tehnične izzive, zlasti pri upravljanju in učinkoviti uporabi razpoložljivega spektra.
Prelomni napredek je rešil ta izziv: prvi ultra širokopasovni integrirani teraherčni polarizacijski (de)multiplekser, realiziran na silicijski platformi brez substrata.
Ta inovativna zasnova cilja na subteraherčni pas J (220–330 GHz) in si prizadeva preoblikovati komunikacijo za 6G in naprej. Naprava učinkovito podvoji podatkovno zmogljivost, hkrati pa ohranja nizko stopnjo izgube podatkov, kar utira pot učinkovitim in zanesljivim brezžičnim omrežjem visoke hitrosti.
Ekipo, ki stoji za tem mejnikom, sestavljajo profesor Withawat Withayachumnankul s Fakultete za elektrotehniko in strojništvo Univerze v Adelaidi, dr. Weijie Gao, zdaj podoktorski raziskovalec na Univerzi v Osaki, in profesor Masayuki Fujita.
Profesor Withayachumnankul je izjavil: »Predlagani polarizacijski multiplekser omogoča hkraten prenos več podatkovnih tokov znotraj istega frekvenčnega pasu, kar učinkovito podvoji podatkovno zmogljivost.« Relativna pasovna širina, ki jo doseže naprava, je brez primere v katerem koli frekvenčnem območju, kar predstavlja pomemben preskok za integrirane multiplekserje.
Polarizacijski multiplekserji so bistveni v sodobni komunikaciji, saj omogočajo, da več signalov deli isti frekvenčni pas, kar znatno poveča zmogljivost kanala.
Nova naprava to doseže z uporabo stožčastih smernih sklopnikov in anizotropne učinkovite medijske obloge. Te komponente izboljšajo dvolomnost polarizacije, kar ima za posledico visoko razmerje ekstinkcije polarizacije (PER) in široko pasovno širino – ključne značilnosti učinkovitih teraherčnih komunikacijskih sistemov.
Za razliko od tradicionalnih zasnov, ki se zanašajo na kompleksne in frekvenčno odvisne asimetrične valovode, novi multiplekser uporablja anizotropno oblogo z le rahlo frekvenčno odvisnostjo. Ta pristop v celoti izkorišča veliko pasovno širino, ki jo zagotavljajo stožčasti spojniki.
Rezultat je delna pasovna širina blizu 40 %, povprečni PER presega 20 dB in minimalna vstavljena izguba približno 1 dB. Te metrike delovanja daleč presegajo tiste pri obstoječih optičnih in mikrovalovnih zasnovah, ki pogosto trpijo zaradi ozke pasovne širine in velikih izgub.
Delo raziskovalne skupine ne le izboljšuje učinkovitost teraherčnih sistemov, temveč tudi postavlja temelje za novo dobo v brezžični komunikaciji. Dr. Gao je poudaril: »Ta inovacija je ključni dejavnik pri odpiranju potenciala teraherčne komunikacije.« Aplikacije vključujejo pretakanje videoposnetkov visoke ločljivosti, obogateno resničnost in mobilna omrežja naslednje generacije, kot je 6G.
Tradicionalne rešitve za upravljanje polarizacije v teraherčnem območju, kot so ortogonalni modalni pretvorniki (OMT) na osnovi pravokotnih kovinskih valovodov, se soočajo s precejšnjimi omejitvami. Kovinski valovodniki imajo povečane ohmske izgube pri višjih frekvencah, njihovi proizvodni procesi pa so zaradi strogih geometrijskih zahtev zapleteni.
Optični polarizacijski multiplekserji, vključno s tistimi, ki uporabljajo Mach-Zehnderjeve interferometre ali fotonske kristale, ponujajo boljšo integrabilnost in manjše izgube, vendar pogosto zahtevajo kompromise med pasovno širino, kompaktnostjo in kompleksnostjo izdelave.
Usmerjeni sklopniki se pogosto uporabljajo v optičnih sistemih in zahtevajo močno polarizacijsko dvolomnost za doseganje kompaktne velikosti in visokega PER. Vendar so omejeni zaradi ozke pasovne širine in občutljivosti na proizvodne tolerance.
Novi multiplekser združuje prednosti stožčastih smernih sklopnikov in učinkovite srednje obloge, s čimer premaga te omejitve. Anizotropna obloga kaže znatno dvolomnost, kar zagotavlja visok PER v široki pasovni širini. To načelo zasnove pomeni odmik od tradicionalnih metod in ponuja prilagodljivo in praktično rešitev za integracijo terahercev.
Eksperimentalna validacija multiplekserja je potrdila njegovo izjemno zmogljivost. Naprava deluje učinkovito v območju 225–330 GHz, pri čemer dosega delno pasovno širino 37,8 %, hkrati pa ohranja PER nad 20 dB. Zaradi kompaktne velikosti in združljivosti s standardnimi proizvodnimi procesi je primerna za masovno proizvodnjo.
Dr. Gao je pripomnil: »Ta inovacija ne le povečuje učinkovitost teraherčnih komunikacijskih sistemov, temveč tudi utira pot zmogljivejšim in zanesljivejšim brezžičnim omrežjem visoke hitrosti.«
Potencialne uporabe te tehnologije segajo dlje od komunikacijskih sistemov. Z izboljšanjem izkoriščenosti spektra lahko multiplekser spodbudi napredek na področjih, kot so radar, slikanje in internet stvari. »V desetletju pričakujemo, da bodo te teraherčne tehnologije široko sprejete in integrirane v različnih panogah,« je izjavil profesor Withayachumnankul.
Multiplekser je mogoče brezhibno integrirati tudi s prejšnjimi napravami za oblikovanje žarka, ki jih je razvila ekipa, kar omogoča napredne komunikacijske funkcionalnosti na enotni platformi. Ta združljivost poudarja vsestranskost in skalabilnost učinkovite platforme dielektričnih valovodov s srednje močno prevleko.
Raziskovalne ugotovitve ekipe so bile objavljene v reviji Laser & Photonic Reviews, kjer je poudarjen njihov pomen pri napredku fotonske teraherčne tehnologije. Profesor Fujita je pripomnil: »Z odpravo kritičnih tehničnih ovir naj bi ta inovacija spodbudila zanimanje in raziskovalno dejavnost na tem področju.«
Raziskovalci pričakujejo, da bo njihovo delo v prihodnjih letih navdihnilo nove aplikacije in nadaljnje tehnološke izboljšave, kar bo na koncu vodilo do komercialnih prototipov in izdelkov.
Ta multiplekser predstavlja pomemben korak naprej pri odkrivanju potenciala teraherčne komunikacije. S svojimi izjemnimi merilniki delovanja postavlja nov standard za integrirane teraherčne naprave.
Ker povpraševanje po visokohitrostnih komunikacijskih omrežjih z visoko zmogljivostjo še naprej narašča, bodo takšne inovacije igrale ključno vlogo pri oblikovanju prihodnosti brezžične tehnologije.
Čas objave: 16. dec. 2024