Novi tip terahercnog multipleksera udvostručio je kapacitet podataka i značajno poboljšao 6G komunikaciju uz neviđenu propusnost i mali gubitak podataka.
Istraživači su predstavili superširokopojasni terahercni multiplekser koji udvostručuje kapacitet podataka i donosi revolucionarni napredak u 6G i dalje. (Izvor slike: Getty Images)
Bežična komunikacija sljedeće generacije, predstavljena terahercnom tehnologijom, obećava revoluciju u prijenosu podataka.
Ovi sistemi rade na terahercnim frekvencijama, nudeći neuporedivu propusnost za ultrabrzi prijenos podataka i komunikaciju. Međutim, da bi se ovaj potencijal u potpunosti ostvario, moraju se savladati značajni tehnički izazovi, posebno u upravljanju i efikasnom korištenju dostupnog spektra.
Revolucionarni napredak riješio je ovaj izazov: prvi ultraširokopojasni integrirani terahercni polarizacijski (de)multiplekser realizovan na silicijumskoj platformi bez podloge.
Ovaj inovativni dizajn cilja subterahercni J opseg (220-330 GHz) i ima za cilj transformaciju komunikacije za 6G i šire. Uređaj efektivno udvostručuje kapacitet podataka uz održavanje niske stope gubitka podataka, otvarajući put efikasnim i pouzdanim bežičnim mrežama velike brzine.
Tim koji stoji iza ovog značajnog dostignuća uključuje profesora Withawata Withayachumnankula sa Fakulteta elektrotehnike i mašinstva Univerziteta u Adelaideu, dr. Weijiea Gaoa, sada postdoktorskog istraživača na Univerzitetu u Osaki, i profesora Masayukija Fujitu.
Profesor Withayachumnankul je izjavio: "Predloženi polarizacijski multiplekser omogućava istovremeni prijenos više tokova podataka unutar istog frekvencijskog opsega, efektivno udvostručujući kapacitet podataka." Relativna propusnost koju uređaj postiže je neviđena u bilo kojem frekvencijskom opsegu, što predstavlja značajan skok za integrirane multipleksere.
Polarizacijski multiplekseri su neophodni u modernoj komunikaciji jer omogućavaju da više signala dijeli isti frekvencijski opseg, značajno povećavajući kapacitet kanala.
Novi uređaj postiže ovo korištenjem konusnih usmjerenih sprežnika i anizotropne efektivne srednje obloge. Ove komponente poboljšavaju dvolom polarizacije, što rezultira visokim omjerom ekstinkcije polarizacije (PER) i širokim propusnim opsegom - ključnim karakteristikama efikasnih terahercnih komunikacijskih sistema.
Za razliku od tradicionalnih dizajna koji se oslanjaju na složene i frekvencijski zavisne asimetrične valovode, novi multiplekser koristi anizotropnu oblogu sa samo malom frekvencijskom zavisnošću. Ovaj pristup u potpunosti iskorištava širok propusni opseg koji pružaju konusni spojnici.
Rezultat je frakcijski propusni opseg blizu 40%, prosječni PER veći od 20 dB i minimalni uneseni gubitak od približno 1 dB. Ove metrike performansi daleko nadmašuju one postojećih optičkih i mikrovalnih dizajna, koji često pate od uskog propusnog opsega i velikih gubitaka.
Rad istraživačkog tima ne samo da poboljšava efikasnost terahercnih sistema, već i postavlja temelje za novu eru u bežičnoj komunikaciji. Dr. Gao je istakao: "Ova inovacija je ključni pokretač u otključavanju potencijala terahercne komunikacije." Primjene uključuju streaming videa visoke definicije, proširenu stvarnost i mobilne mreže sljedeće generacije poput 6G.
Tradicionalna terahercna rješenja za upravljanje polarizacijom, kao što su ortogonalni modni pretvarači (OMT) bazirani na pravokutnim metalnim valovodima, suočavaju se sa značajnim ograničenjima. Metalni valovodovi imaju povećane omske gubitke na višim frekvencijama, a njihovi proizvodni procesi su složeni zbog strogih geometrijskih zahtjeva.
Optički polarizacijski multiplekseri, uključujući one koji koriste Mach-Zehnderove interferometre ili fotonske kristale, nude bolju integrabilnost i niže gubitke, ali često zahtijevaju kompromise između propusnog opsega, kompaktnosti i složenosti proizvodnje.
Usmjereni sprežnici se široko koriste u optičkim sistemima i zahtijevaju snažno polarizacijsko dvolomljenje kako bi se postigla kompaktna veličina i visok PER. Međutim, ograničeni su uskim propusnim opsegom i osjetljivošću na proizvodne tolerancije.
Novi multiplekser kombinuje prednosti konusnih usmjerenih sprežnika i efektivnog srednjeg omotača, prevazilazeći ova ograničenja. Anizotropni omotač pokazuje značajno dvolomljenje, osiguravajući visok PER u širokom propusnom opsegu. Ovaj princip dizajna označava odstupanje od tradicionalnih metoda, pružajući skalabilno i praktično rješenje za terahercnu integraciju.
Eksperimentalna validacija multipleksera potvrdila je njegove izuzetne performanse. Uređaj efikasno radi u opsegu od 225-330 GHz, postižući frakcijsku propusnost od 37,8% uz održavanje PER-a iznad 20 dB. Njegova kompaktna veličina i kompatibilnost sa standardnim proizvodnim procesima čine ga pogodnim za masovnu proizvodnju.
Dr. Gao je primijetio: „Ova inovacija ne samo da poboljšava efikasnost terahercnih komunikacijskih sistema, već i otvara put snažnijim i pouzdanijim bežičnim mrežama velike brzine.“
Potencijalne primjene ove tehnologije protežu se izvan komunikacijskih sistema. Poboljšanjem iskorištenja spektra, multiplekser može pokrenuti napredak u oblastima kao što su radar, snimanje i Internet stvari. "U roku od jedne decenije očekujemo da će ove terahercne tehnologije biti široko prihvaćene i integrirane u različite industrije", izjavio je profesor Withayachumnankul.
Multiplekser se također može besprijekorno integrirati s ranijim uređajima za oblikovanje snopa koje je razvio tim, omogućavajući napredne komunikacijske funkcionalnosti na jedinstvenoj platformi. Ova kompatibilnost naglašava svestranost i skalabilnost efikasne platforme dielektričnog valovoda s medijumskom oblogom.
Rezultati istraživanja tima objavljeni su u časopisu Laser & Photonic Reviews, uz naglasak na njihov značaj u unapređenju fotonske terahercne tehnologije. Profesor Fujita je primijetio: "Prevazilaženjem kritičnih tehničkih prepreka, očekuje se da će ova inovacija podstaći interes i istraživačku aktivnost u ovoj oblasti."
Istraživači očekuju da će njihov rad inspirisati nove primjene i daljnja tehnološka poboljšanja u narednim godinama, što će u konačnici dovesti do komercijalnih prototipova i proizvoda.
Ovaj multiplekser predstavlja značajan korak naprijed u otključavanju potencijala terahercne komunikacije. Svojim neviđenim performansama postavlja novi standard za integrirane terahercne uređaje.
Kako potražnja za brzim i visokokapacitnim komunikacijskim mrežama nastavlja rasti, takve inovacije će igrati ključnu ulogu u oblikovanju budućnosti bežične tehnologije.
Vrijeme objave: 16. decembar 2024.