Nova vrsta teraherčnega multiplekserja je podvojila podatkovno zmogljivost in znatno izboljšala komunikacijo 6G s pasovno širino brez primere in nizko izgubo podatkov.
Raziskovalci so predstavili superširokopasovni 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 prenosa podatkov.
Ti sistemi delujejo na teraherčnih frekvencah in ponujajo neprimerljivo pasovno širino za ultra hiter prenos podatkov in komunikacijo. Vendar je treba za popolno uresničitev tega potenciala premagati pomembne tehnične izzive, zlasti pri upravljanju in učinkoviti uporabi razpoložljivega spektra.
Revolucionarni napredek je obravnaval ta izziv: prvi ultraširokopasovni integrirani teraherčni polarizacijski (de)multiplekser, realiziran na silicijevi platformi brez podlage.
Ta inovativna zasnova cilja na subteraherčni pas J (220–330 GHz) in želi preoblikovati komunikacijo za 6G in več. Naprava učinkovito podvoji podatkovno zmogljivost, hkrati pa ohranja nizko stopnjo izgube podatkov, kar utira pot učinkovitim in zanesljivim brezžičnim omrežjem visoke hitrosti.
Ekipa, ki stoji za tem mejnikom, vključuje profesorja Withawata Withayachumnankula s šole za elektrotehniko in strojništvo Univerze v Adelaidi, dr. Weijie Gao, zdaj podoktorskega raziskovalca na univerzi v Osaki, in profesorja Masayukija Fujita.
Profesor Withayachumnankul je izjavil: "Predlagani polarizacijski multiplekser omogoča hkratni prenos več podatkovnih tokov znotraj istega frekvenčnega pasu, kar dejansko podvoji podatkovno zmogljivost." Relativna pasovna širina, ki jo dosega 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 si več signalov deli isti frekvenčni pas, kar znatno poveča zmogljivost kanala.
Nova naprava to doseže z uporabo koničnih usmerjenih sklopk in anizotropne učinkovite srednje obloge. Te komponente povečajo dvolomnost polarizacije, kar ima za posledico visoko razmerje polarizacijske ekstinkcije (PER) in široko pasovno širino – ključne značilnosti učinkovitih teraherčnih komunikacijskih sistemov.
Za razliko od tradicionalnih zasnov, ki temeljijo na zapletenih in od frekvence odvisnih asimetričnih valovodih, novi multiplekser uporablja anizotropno oblogo z le rahlo odvisnostjo od frekvence. Ta pristop v celoti izkorišča široko pasovno širino, ki jo zagotavljajo stožčaste spojke.
Rezultat je delna pasovna širina blizu 40 %, povprečni PER, ki presega 20 dB, in najmanjša vstavljena izguba približno 1 dB. Te meritve zmogljivosti daleč presegajo tiste pri obstoječih optičnih in mikrovalovnih zasnovah, ki imajo pogosto ozko pasovno širino in velike izgube.
Delo raziskovalne skupine ne povečuje le učinkovitosti teraherčnih sistemov, ampak tudi postavlja temelje za novo dobo v brezžični komunikaciji. Dr. Gao je opozoril: "Ta inovacija je ključni dejavnik pri sprostitvi potenciala teraherčne komunikacije." Aplikacije vključujejo pretakanje videa visoke ločljivosti, razširjeno resničnost in mobilna omrežja naslednje generacije, kot je 6G.
Tradicionalne rešitve za upravljanje polarizacije terahercev, kot so pretvorniki pravokotnega načina (OMT), ki temeljijo na pravokotnih kovinskih valovodih, se soočajo s precejšnjimi omejitvami. Kovinski valovod ima povečane ohmske izgube pri višjih frekvencah, njihovi proizvodni procesi pa so zapleteni zaradi strogih geometrijskih zahtev.
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 spojniki se pogosto uporabljajo v optičnih sistemih in zahtevajo močno polarizacijsko dvolomnost, da dosežejo kompaktno velikost in visok PER. Vendar so omejeni z ozko pasovno širino in občutljivostjo na tolerance pri izdelavi.
Novi multiplekser združuje prednosti stožčastih usmerjenih spojnikov in učinkovite srednje obloge ter premaguje te omejitve. Anizotropna obloga kaže znatno dvojno lomnost, kar zagotavlja visok PER v široki pasovni širini. To načelo oblikovanja označuje odmik od tradicionalnih metod in zagotavlja razširljivo in praktično rešitev za teraherčno integracijo.
Eksperimentalna validacija multiplekserja je potrdila njegovo izjemno zmogljivost. Naprava učinkovito deluje v območju 225–330 GHz in dosega delno pasovno širino 37,8 %, medtem ko ohranja PER nad 20 dB. Zaradi svoje kompaktne velikosti in združljivosti s standardnimi proizvodnimi postopki je primeren za množično proizvodnjo.
Dr. Gao je pripomnil: "Ta inovacija ne le povečuje učinkovitost teraherčnih komunikacijskih sistemov, ampak tudi utira pot zmogljivejšim in zanesljivejšim hitrim brezžičnim omrežjem."
Potencialne uporabe te tehnologije presegajo komunikacijske sisteme. Z izboljšanjem izkoriščenosti spektra lahko multiplekser spodbuja 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 s prejšnjimi napravami za oblikovanje snopa, ki jih je razvila ekipa, kar omogoča napredne komunikacijske funkcije na enotni platformi. Ta združljivost poudarja vsestranskost in razširljivost učinkovite srednje obložene dielektrične valovodne platforme.
Ugotovitve raziskave ekipe so bile objavljene v reviji Laser & Photonic Reviews, kjer je poudarjen njihov pomen pri napredovanju fotonske teraherc tehnologije. Profesor Fujita je pripomnil: "S premagovanjem kritičnih tehničnih ovir naj bi ta inovacija spodbudila zanimanje in raziskovalno dejavnost na tem področju."
Raziskovalci predvidevajo, da bo njihovo delo navdihnilo nove aplikacije in nadaljnje tehnološke izboljšave v prihodnjih letih, kar bo na koncu vodilo do komercialnih prototipov in izdelkov.
Ta multiplekser predstavlja pomemben korak naprej pri sprostitvi potenciala teraherčne komunikacije. Postavlja nov standard za integrirane teraherčne naprave s svojimi meritvami zmogljivosti brez primere.
Ker povpraševanje po hitrih in zmogljivih komunikacijskih omrežjih še naprej narašča, bodo takšne inovacije igrale ključno vlogo pri oblikovanju prihodnosti brezžične tehnologije.
Čas objave: 16. december 2024