Un nou tip de multiplexor terahertzi a dublat capacitatea de date și a îmbunătățit semnificativ comunicarea 6G, cu lățime de bandă fără precedent și pierderi reduse de date.
Cercetătorii au introdus un multiplexor teraherți cu bandă super-largă care dublează capacitatea de date și aduce progrese revoluționare la 6G și nu numai. (Sursa imagine: Getty Images)
Comunicația wireless de ultimă generație, reprezentată de tehnologia teraherți, promite să revoluționeze transmisia de date.
Aceste sisteme funcționează la frecvențe de teraherți, oferind o lățime de bandă de neegalat pentru transmiterea și comunicarea ultra-rapidă a datelor. Cu toate acestea, pentru a realiza pe deplin acest potențial, provocările tehnice semnificative trebuie depășite, în special în gestionarea și utilizarea eficientă a spectrului disponibil.
Un progres revoluționar a abordat această provocare: primul (de)multiplexor de polarizare terahertz integrat cu 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 comunicarea 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 eficiente și fiabile de mare viteză.
Echipa din spatele acestei etape include profesorul Withawat Withayachumnankul de la Școala de Inginerie Electrică și Mecanică a Universității din Adelaide, Dr. Weijie Gao, acum cercetător postdoctoral la Universitatea 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 domeniu de frecvență, reprezentând un salt semnificativ pentru multiplexoarele integrate.
Multiplexoarele de polarizare sunt esențiale în comunicarea modernă, deoarece permit semnalelor multiple să partajeze aceeași bandă de frecvență, îmbunătățind semnificativ capacitatea canalului.
Noul dispozitiv realizează acest lucru prin utilizarea cuplelor direcționale conice și a unui strat mediu eficient anizotrop. Aceste componente îmbunătățesc birefringența polarizării, rezultând un raport ridicat de extincție a polarizării (PER) și o lățime de bandă largă - caracteristici cheie ale sistemelor de comunicații eficiente cu teraherți.
Spre deosebire de modelele tradiționale care se bazează pe ghiduri de undă asimetrice complexe și dependente de frecvență, noul multiplexor folosește placarea anizotropă cu doar o ușoară dependență de frecvență. Această abordare valorifică pe deplin lățimea de bandă largă oferită de cuplele conice.
Rezultatul este o lățime de bandă fracțională aproape de 40%, un PER mediu care depășește 20 dB și o pierdere de inserție minimă de aproximativ 1 dB. Aceste metrici de performanță le depășesc cu mult pe cele ale modelelor optice și cu microunde existente, care suferă adesea de lățime de bandă îngustă și pierderi mari.
Munca echipei de cercetare nu numai că îmbunătățește eficiența sistemelor de teraherți, ci și pune bazele unei noi ere în comunicarea fără fir. Dr. Gao a remarcat: „Această inovație este un factor cheie în deblocarea potențialului comunicării cu teraherți”. Aplicațiile includ streaming video de înaltă definiție, realitate augmentată și rețele mobile de ultimă generație, cum ar fi 6G.
Soluțiile tradiționale de gestionare a polarizării în teraherți, cum ar fi traductoarele în mod ortogonal (OMT) bazate pe ghiduri de undă metalice dreptunghiulare, se confruntă cu limitări semnificative. Ghidurile de undă metalice suferă pierderi ohmice crescute la frecvențe mai mari, iar procesele lor de fabricație sunt complexe datorită cerințelor geometrice stricte.
Multiplexoarele cu polarizare optică, inclusiv cele care utilizează interferometre Mach-Zehnder sau cristale fotonice, oferă o integrabilitate mai bună și pierderi mai mici, dar adesea necesită compromisuri între lățimea de bandă, compactitate și complexitatea producției.
Cuplajele direcționale sunt utilizate pe scară largă în sistemele optice și necesită birefringență de polarizare puternică pentru a obține dimensiuni compacte și PER ridicat. Cu toate acestea, ele sunt limitate de lățimea de bandă îngustă și sensibilitatea la toleranțele de fabricație.
Noul multiplexor combină avantajele cuplajelor direcționale conice și a unei plăci medii eficiente, depășind aceste limitări. Învelișul anizotrop prezintă 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 în teraherți.
Validarea experimentală a multiplexorului a confirmat performanța sa excepțională. Dispozitivul funcționează eficient în intervalul 225-330 GHz, realizând o lățime de bandă fracțională de 37,8%, menținând în același timp un PER peste 20 dB. Dimensiunea sa compactă și compatibilitatea cu procesele standard de fabricație îl fac potrivit pentru producția de masă.
Dr. Gao a remarcat: „Această inovație nu numai că îmbunătățește eficiența sistemelor de comunicații în teraherți, 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 conduce la progrese în domenii precum radarul, imagistica și Internetul lucrurilor. „Într-un deceniu, ne așteptăm ca aceste tehnologii cu teraherți să fie adoptate și integrate pe scară largă în diverse industrii”, a declarat profesorul Withayachumnankul.
Multiplexorul poate fi, de asemenea, integrat perfect cu dispozitivele anterioare de formare a fasciculului dezvoltate de echipă, permițând funcționalități avansate de comunicare pe o platformă unificată. Această compatibilitate evidențiază versatilitatea și scalabilitatea platformei eficiente de ghidare de undă dielectrică cu acoperire medie.
Rezultatele cercetării echipei au fost publicate în jurnalul Laser & Photonic Reviews, subliniind semnificația lor în avansarea tehnologiei fotonice terahertz. Profesorul Fujita a remarcat: „Prin depășirea barierelor tehnice critice, se așteaptă că această inovație va stimula interesul și activitatea de cercetare în domeniu”.
Cercetătorii anticipează că munca lor va inspira noi aplicații și noi îmbunătățiri tehnologice în următorii ani, conducând în cele din urmă la prototipuri și produse comerciale.
Acest multiplexor reprezintă un pas semnificativ înainte în deblocarea potențialului de comunicare în teraherți. Stabilește un nou standard pentru dispozitivele terahertzi integrate cu valorile sale de performanță fără precedent.
Pe măsură ce cererea pentru rețele de comunicații de mare viteză și capacitate continuă să crească, astfel de inovații vor juca un rol crucial în modelarea viitorului tehnologiei fără fir.
Ora postării: 16-12-2024