Un nou tip de multiplexor terahertz a dublat capacitatea de date și a îmbunătățit semnificativ comunicarea 6G cu o lățime de bandă fără precedent și pierderi reduse de date.
Cercetătorii au introdus un multiplexor terahertz cu bandă super-largă care dublează capacitatea de date și aduce progrese revoluționare în domeniul 6G și nu numai. (Sursa imaginii: Getty Images)
Comunicațiile wireless de generație următoare, reprezentate de tehnologia terahertz, promit să revoluționeze transmiterea datelor.
Aceste sisteme funcționează la frecvențe de terahertz, oferind o lățime de bandă de neegalat pentru transmisii și comunicații ultra-rapide de date. Cu toate acestea, pentru a realiza pe deplin acest potențial, trebuie depășite provocări tehnice semnificative, în special în ceea ce privește gestionarea și utilizarea eficientă a spectrului disponibil.
O descoperire revoluționară a abordat această provocare: primul (de)multiplexor de polarizare terahertz integrat în bandă ultra-largă, realizat pe o platformă de siliciu fără substrat.
Acest design inovator vizează banda J sub-terahertz (220-330 GHz) și își propune să transforme comunicațiile pentru 6G și nu numai. Dispozitivul dublează efectiv capacitatea de date, menținând în același timp o rată scăzută de pierdere a datelor, deschizând calea pentru rețele wireless de mare viteză eficiente și fiabile.
Echipa din spatele acestei etape importante îi include pe profesorul Withawat Withayachumnankul de la Școala de Inginerie Electrică și Mecanică a Universității din Adelaide, Dr. Weijie Gao, acum cercetător postdoctoral la Universitatea din Osaka, și profesorul Masayuki Fujita.
Profesorul Withayachumnankul a declarat: „Multiplexorul de polarizare propus permite transmiterea simultană a mai multor fluxuri de date în aceeași bandă de frecvență, dublând efectiv capacitatea de date.” Lățimea de bandă relativă obținută de dispozitiv este fără precedent în orice interval de frecvență, reprezentând un salt semnificativ pentru multiplexoarele integrate.
Multiplexoarele de polarizare sunt esențiale în comunicațiile moderne, deoarece permit ca mai multe semnale să partajeze aceeași bandă de frecvență, sporind semnificativ capacitatea canalului.
Noul dispozitiv realizează acest lucru prin utilizarea unor cuplori direcționali conici și a unei învelișuri medii anizotrope eficiente. Aceste componente îmbunătățesc birefringența polarizării, rezultând un raport de extincție a polarizării (PER) ridicat și o lățime de bandă largă - caracteristici cheie ale sistemelor eficiente de comunicații terahertz.
Spre deosebire de modelele tradiționale care se bazează pe ghiduri de undă asimetrice complexe și dependente de frecvență, noul multiplexor utilizează o înveliș anizotrop cu o dependență de frecvență doar ușoară. Această abordare valorifică pe deplin lățimea de bandă amplă oferită de cuploarele conice.
Rezultatul este o lățime de bandă fracțională apropiată de 40%, un PER mediu care depășește 20 dB și o pierdere minimă de inserție de aproximativ 1 dB. Aceste valori de performanță depășesc cu mult cele ale modelelor optice și de microunde existente, care adesea suferă de lățime de bandă îngustă și pierderi mari.
Munca echipei de cercetare nu numai că îmbunătățește eficiența sistemelor terahertz, dar pune și bazele unei noi ere în comunicațiile wireless. Dr. Gao a remarcat: „Această inovație este un factor cheie în deblocarea potențialului comunicării terahertz.” Aplicațiile includ streaming video de înaltă definiție, realitate augmentată și rețele mobile de generație următoare, cum ar fi 6G.
Soluțiile tradiționale de gestionare a polarizării terahertz, cum ar fi traductoarele de mod ortogonal (OMT) bazate pe ghiduri de undă metalice dreptunghiulare, se confruntă cu limitări semnificative. Ghidurile de undă metalice prezintă pierderi ohmice crescute la frecvențe mai mari, iar procesele lor de fabricație sunt complexe din cauza cerințelor geometrice stricte.
Multiplexoarele de polarizare optică, inclusiv cele care utilizează interferometre Mach-Zehnder sau cristale fotonice, oferă o integrabilitate mai bună și pierderi mai mici, dar necesită adesea compromisuri între lățimea de bandă, compactitate și complexitatea fabricației.
Cuploarele direcționale sunt utilizate pe scară largă în sistemele optice și necesită o birefringență puternică a polarizării pentru a obține dimensiuni compacte și un PER ridicat. Cu toate acestea, acestea sunt limitate de lățimea de bandă îngustă și sensibilitatea la toleranțele de fabricație.
Noul multiplexor combină avantajele cuploarelor direcționale conice și ale învelișului mediu eficient, depășind aceste limitări. Învelișul anizotrop prezintă o birefringență semnificativă, asigurând un PER ridicat pe o lățime de bandă largă. Acest principiu de proiectare marchează o abatere de la metodele tradiționale, oferind o soluție scalabilă și practică pentru integrarea terahertzilor.
Validarea experimentală a multiplexorului a confirmat performanța sa excepțională. Dispozitivul funcționează eficient în intervalul 225-330 GHz, atingând o lățime de bandă fracțională de 37,8%, menținând în același timp un PER peste 20 dB. Dimensiunile sale compacte și compatibilitatea cu procesele standard de fabricație îl fac potrivit pentru producția de masă.
Dr. Gao a remarcat: „Această inovație nu numai că sporește eficiența sistemelor de comunicații terahertz, dar deschide și calea pentru rețele wireless de mare viteză mai puternice și mai fiabile.”
Aplicațiile potențiale ale acestei tehnologii se extind dincolo de sistemele de comunicații. Prin îmbunătățirea utilizării spectrului, multiplexorul poate impulsiona progrese în domenii precum radarul, imagistica și Internetul Lucrurilor. „În decurs de un deceniu, ne așteptăm ca aceste tehnologii terahertz să fie adoptate pe scară largă și integrate în diverse industrii”, a declarat profesorul Withayachumnankul.
Multiplexorul poate fi, de asemenea, integrat perfect cu dispozitivele de formare a fasciculului dezvoltate anterior de echipă, permițând funcționalități avansate de comunicare pe o platformă unificată. Această compatibilitate evidențiază versatilitatea și scalabilitatea platformei eficiente de ghidare a unelor dielectrice cu placare medie.
Rezultatele cercetării echipei au fost publicate în revista Laser & Photonic Reviews, subliniind importanța lor în avansarea tehnologiei fotonice terahertz. Profesorul Fujita a remarcat: „Prin depășirea barierelor tehnice critice, se așteaptă ca această inovație să stimuleze interesul și activitatea de cercetare în domeniu.”
Cercetătorii anticipează că munca lor va inspira noi aplicații și îmbunătățiri tehnologice suplimentare în următorii ani, ducând în cele din urmă la prototipuri și produse comerciale.
Acest multiplexor reprezintă un pas semnificativ înainte în valorificarea potențialului comunicațiilor terahertz. Acesta stabilește un nou standard pentru dispozitivele terahertz integrate datorită indicatorilor săi de performanță fără precedent.
Pe măsură ce cererea de rețele de comunicații de mare viteză și mare capacitate continuă să crească, astfel de inovații vor juca un rol crucial în conturarea viitorului tehnologiei wireless.
Data publicării: 16 decembrie 2024