Un nou tip de multiplexor Terahertz a dublat capacitatea de date și a îmbunătățit semnificativ comunicarea 6G cu lățimea de bandă fără precedent și pierderea scăzută a datelor.
Cercetătorii au introdus un multiplexor Terahertz de bandă super-larg care dublează capacitatea de date și aduce progrese revoluționare la 6G și nu numai. (Sursa imaginii: Getty Images)
Comunicarea wireless de generație următoare, reprezentată de tehnologia Terahertz, promite să revoluționeze transmiterea datelor.
Aceste sisteme funcționează la frecvențele Terahertz, oferind o lățime de bandă inegalabilă pentru transmiterea și comunicarea ultra-rapidă a datelor. Cu toate acestea, pentru a realiza pe deplin acest potențial, trebuie depășite provocări tehnice semnificative, în special în gestionarea și utilizarea eficientă a spectrului disponibil.
O avansare inovatoare a abordat această provocare: primul multiplexor integrat de terahertz (DE) integrat cu bandă ultra-largă realizat pe o platformă de siliciu fără substrat.
Acest design inovator vizează trupa Sub-Terahertz J (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 repere 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 fluxurilor de date multiple în cadrul aceleiași benzi de frecvență, dublând efectiv capacitatea de date”. Lățimea de bandă relativă obținută de dispozitiv este fără precedent pe orice interval de frecvență, reprezentând un salt semnificativ pentru multiplexori integrați.
Multiplexoarele de polarizare sunt esențiale în comunicarea modernă, deoarece permit mai multor semnale să partajeze aceeași bandă de frecvență, îmbunătățind semnificativ capacitatea canalului.
Noul dispozitiv realizează acest lucru prin utilizarea cuplurilor direcționale conice și a placării medii eficiente anisotrope. Aceste componente îmbunătățesc birefringența de polarizare, ceea ce duce la un raport de extincție de polarizare ridicat (PER) și lățime largă de bandă - caracteristici de KEY ale sistemelor de comunicare eficiente de terahertz.
Spre deosebire de modelele tradiționale care se bazează pe ghiduri de undă asimetrice complexe și dependente de frecvență, noul multiplexor folosește placa anisotropă cu doar o dependență de frecvență ușoară. Această abordare folosește pe deplin lățimea de bandă suficientă oferită de cuplurile conice.
Rezultatul este o lățime de bandă fracționată aproape de 40%, o medie pentru fiecare 20 dB și o pierdere minimă de inserție de aproximativ 1 dB. Aceste valori de performanță depășesc cu mult cele ale proiectelor optice și cu microunde existente, care suferă adesea de lățime de bandă îngustă și pierderi mari.
Activitatea echipei de cercetare nu numai că îmbunătățește eficiența sistemelor Terahertz, dar, de asemenea, pune bazele unei noi ere în comunicarea fără fir. Dr. Gao a menționat: „Această inovație este un motor cheie în deblocarea potențialului comunicării Terahertz”. Aplicațiile includ streaming video de înaltă definiție, realitate augmentată și rețele mobile de generație viitoare precum 6G.
Soluțiile tradiționale de gestionare a polarizării terahertz, cum ar fi traductoarele de mod ortogonală (OMTS) pe baza unor ghiduri de undă metalice dreptunghiulare, se confruntă cu limitări semnificative. Ghidurile de undă metalice se confruntă cu pierderi ohmice crescute la frecvențe mai mari, iar procesele lor de fabricație sunt complexe datorită cerințelor geometrice stricte.
Multiplexoarele de polarizare optică, inclusiv cei care utilizează interferometre Mach-Zehnder sau cristale fotonice, oferă o mai bună integrabilitate și pierderi mai mici, dar adesea necesită compromisuri între lățimea de bandă, compactitatea și complexitatea producției.
Cuplurile direcționale sunt utilizate pe scară largă în sistemele optice și necesită o birefringență de polarizare puternică pentru a obține dimensiunea compactă și Perf. Per. Cu toate acestea, acestea sunt limitate de lățimea de bandă îngustă și sensibilitatea la toleranțele de fabricație.
Noul multiplexor combină avantajele cuplurilor direcționale conice și ale placării medii eficiente, depășind aceste limitări. Placharea anisotropă prezintă o birefringență semnificativă, asigurând un nivel ridicat pe o lățime de bandă largă. Acest principiu de proiectare marchează o îndepărtare de la metodele tradiționale, oferind o soluție scalabilă și practică pentru integrarea Terahertz.
Validarea experimentală a multiplexorului a confirmat performanța sa excepțională. Dispozitivul funcționează eficient în intervalul 225-330 GHz, obținând o lățime de bandă fracțională de 37,8%, menținând în același timp un peste 20 dB. Dimensiunea sa compactă și compatibilitatea cu procesele de fabricație standard o fac potrivită pentru producția în masă.
Dr. Gao a remarcat: „Această inovație nu numai că îmbunătățește eficiența sistemelor de comunicații Terahertz, dar, de asemenea, deschide calea pentru rețele wireless mai puternice și mai fiabile de mare viteză”.
Aplicațiile potențiale ale acestei tehnologii se extind dincolo de sistemele de comunicare. Prin îmbunătățirea utilizării spectrului, multiplexorul poate conduce avansuri în câmpuri precum radar, imagistică și Internet of Things. "Într -un deceniu, ne așteptăm ca aceste tehnologii Terahertz să fie adoptate și integrate pe scară largă în diverse industrii", a declarat profesorul Withayachumnankul.
Multiplexorul poate fi, de asemenea, integrat perfect cu dispozitivele de formare a fasciculului anterior dezvoltate de echipă, permițând funcționalități avansate de comunicare pe o platformă unificată. Această compatibilitate evidențiază versatilitatea și scalabilitatea platformei eficiente de ghid de undă dielectrice îmbrăcate în mediu.
Rezultatele cercetării echipei au fost publicate în revista Laser & Photonic Review, subliniind semnificația lor în avansarea tehnologiei fotonice Terahertz. Profesorul Fujita a remarcat: „Prin depășirea barierelor tehnice critice, această inovație este de așteptat să stimuleze interesul și activitatea de cercetare în domeniu”.
Cercetătorii anticipează că activitatea lor va inspira noi aplicații și îmbunătățiri tehnologice ulterioare în următorii ani, ducând în cele din urmă la prototipuri și produse comerciale.
Acest multiplexor reprezintă un pas semnificativ înainte în deblocarea potențialului comunicării terahertz. Acesta stabilește un nou standard pentru dispozitivele Terahertz integrate, cu valorile sale de performanță fără precedent.
Pe măsură ce cererea de rețele de comunicare de mare viteză, de înaltă capacitate continuă să crească, astfel de inovații vor juca un rol crucial în modelarea viitorului tehnologiei wireless.
Timpul post: 16-2024 decembrie