Novi tip terahercnog multipleksera udvostručio je kapacitet podataka i značajno poboljšao 6G komunikaciju s neviđenom propusnošću i niskim gubitkom 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 sustavi rade na terahercnim frekvencijama, nudeći neusporedivu propusnost za ultrabrzi prijenos podataka i komunikaciju. Međutim, kako bi se taj potencijal u potpunosti ostvario, potrebno je prevladati značajne tehničke izazove, posebno u upravljanju i učinkovitom korištenju dostupnog spektra.
Revolucionarni napredak riješio je ovaj izazov: prvi ultraširokopojasni integrirani terahercni polarizacijski (de)multiplekser realiziran na silicijskoj platformi bez podloge.
Ovaj inovativni dizajn usmjeren je na subterahercni J pojas (220-330 GHz) i ima za cilj transformirati komunikaciju za 6G i šire. Uređaj učinkovito udvostručuje kapacitet podataka uz održavanje niske stope gubitka podataka, otvarajući put učinkovitim i pouzdanim bežičnim mrežama velike brzine.
Tim koji stoji iza ove prekretnice uključuje profesora Withawata Withayachumnankula sa Škole elektrotehnike i strojarstva Sveučilišta u Adelaideu, dr. Weijiea Gaoa, sada postdoktorskog istraživača na Sveučilištu u Osaki, i profesora Masayukija Fujitu.
Profesor Withayachumnankul izjavio je: „Predloženi polarizacijski multiplekser omogućuje istovremeni prijenos više podatkovnih tokova unutar istog frekvencijskog pojasa, učinkovito udvostručujući kapacitet podataka.“ Relativna propusnost koju postiže uređaj je neviđena u bilo kojem frekvencijskom rasponu, što predstavlja značajan skok za integrirane multipleksere.
Polarizacijski multiplekseri su ključni u modernoj komunikaciji jer omogućuju više signala da dijele isti frekvencijski pojas, značajno povećavajući kapacitet kanala.
Novi uređaj to postiže korištenjem konusnih usmjerenih spojnica i anizotropnog učinkovitog medija omotača. Ove komponente poboljšavaju dvolom polarizacije, što rezultira visokim omjerom ekstinkcije polarizacije (PER) i širokom propusnošću - ključnim karakteristikama učinkovitih terahercnih komunikacijskih sustava.
Za razliku od tradicionalnih dizajna koji se oslanjaju na složene i frekvencijski ovisne asimetrične valovode, novi multiplekser koristi anizotropnu oblogu s tek malom frekvencijskom ovisnošću. Ovaj pristup u potpunosti iskorištava veliku propusnost koju pružaju konusni spojnici.
Rezultat je frakcijska propusnost blizu 40%, prosječni PER veći od 20 dB i minimalni umetnuti gubitak od približno 1 dB. Ove metrike performansi daleko nadmašuju one postojećih optičkih i mikrovalnih dizajna, koji često pate od uske propusnosti i velikih gubitaka.
Rad istraživačkog tima ne samo da poboljšava učinkovitost terahercnih sustava, već i postavlja temelje za novo doba bežične komunikacije. Dr. Gao je primijetio: „Ova inovacija ključni je pokretač u otključavanju potencijala terahercne komunikacije.“ Primjene uključuju streaming videa visoke razlučivosti, proširenu stvarnost i mobilne mreže sljedeće generacije poput 6G.
Tradicionalna terahercna rješenja za upravljanje polarizacijom, poput ortogonalnih modalnih pretvornika (OMT) temeljenih na pravokutnim metalnim valovodima, suočavaju se sa značajnim ograničenjima. Metalni valovodi 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 propusnosti, kompaktnosti i složenosti proizvodnje.
Usmjereni sprežnici se široko koriste u optičkim sustavima i zahtijevaju jaku polarizacijsku dvolomnost kako bi se postigla kompaktna veličina i visoki PER. Međutim, ograničeni su uskom propusnošću i osjetljivošću na proizvodne tolerancije.
Novi multiplekser kombinira prednosti konusnih usmjerenih sprežnika i učinkovitog srednjeg omotača, prevladavajući ta ograničenja. Anizotropni omotač pokazuje značajno dvolomljenje, osiguravajući visoki PER u širokom pojasu. Ovaj princip dizajna označava odstupanje od tradicionalnih metoda, pružajući skalabilno i praktično rješenje za terahercnu integraciju.
Eksperimentalna validacija multipleksera potvrdila je njegove iznimne performanse. Uređaj učinkovito radi u rasponu 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 prikladnim za masovnu proizvodnju.
Dr. Gao je primijetio: „Ova inovacija ne samo da poboljšava učinkovitost terahercnih komunikacijskih sustava, već i utire put snažnijim i pouzdanijim bežičnim mrežama velike brzine.“
Potencijalne primjene ove tehnologije protežu se izvan komunikacijskih sustava. Poboljšanjem iskorištenja spektra, multiplekser može potaknuti napredak u područjima kao što su radar, snimanje i Internet stvari. „U roku od desetljeća očekujemo da će ove terahercne tehnologije biti široko prihvaćene i integrirane u raznim industrijama“, izjavio je profesor Withayachumnankul.
Multiplekser se također može besprijekorno integrirati s ranijim uređajima za oblikovanje snopa koje je razvio tim, omogućujući napredne komunikacijske funkcionalnosti na jedinstvenoj platformi. Ova kompatibilnost naglašava svestranost i skalabilnost učinkovite platforme dielektričnog valovoda s medijskom omotačem.
Rezultati istraživanja tima objavljeni su u časopisu Laser & Photonic Reviews, uz naglasak na njihovom značaju u unapređenju fotonske terahercne tehnologije. Profesor Fujita je primijetio: „Prevladavanjem kritičnih tehničkih prepreka, očekuje se da će ova inovacija potaknuti interes i istraživačku aktivnost u tom području.“
Istraživači očekuju da će njihov rad inspirirati nove primjene i daljnja tehnološka poboljšanja u nadolazećim 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 komunikacijskim mrežama velikog kapaciteta nastavlja rasti, takve će inovacije igrati ključnu ulogu u oblikovanju budućnosti bežične tehnologije.
Vrijeme objave: 16. prosinca 2024.