Nova vrsta terahercnog multipleksera udvostručila je podatkovni kapacitet i značajno poboljšala 6G komunikaciju s dosad neviđenom propusnošću i malim gubitkom podataka.
Istraživači su predstavili terahercni multiplekser superširokog pojasa koji udvostručuje kapacitet podataka i donosi revolucionarni napredak u 6G i šire. (Izvor slike: Getty Images)
Bežična komunikacija sljedeće generacije, predstavljena teraherc tehnologijom, obećava revoluciju u prijenosu podataka.
Ovi sustavi rade na frekvencijama teraherca, nudeći neusporedivu propusnost za ultra brzi prijenos podataka i komunikaciju. Međutim, kako bi se u potpunosti ostvario ovaj potencijal, moraju se prevladati značajni tehnički izazovi, posebice 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 supstrata.
Ovaj inovativni dizajn cilja na J pojas ispod teraherca (220-330 GHz) i ima za cilj transformirati komunikaciju za 6G i šire. Uređaj učinkovito udvostručuje podatkovni kapacitet dok održava nisku stopu gubitka podataka, utirući put učinkovitim i pouzdanim bežičnim mrežama velike brzine.
Tim koji stoji iza ove prekretnice uključuje profesora Withawata Withayachumnankula sa Fakulteta elektrotehnike i strojarstva Sveučilišta u Adelaideu, dr. Weijie Gaoa, sada postdoktorskog istraživača na Sveučilištu u Osaki, i profesora Masayukija Fujitu.
Profesor Withayachumnankul izjavio je: "Predloženi polarizacijski multiplekser omogućuje simultani prijenos više tokova podataka unutar istog frekvencijskog pojasa, učinkovito udvostručavajući kapacitet podataka." Relativna propusnost koju postiže uređaj je bez presedana u bilo kojem frekvencijskom rasponu, što predstavlja značajan skok za integrirane multipleksere.
Polarizacijski multiplekseri ključni su u modernoj komunikaciji jer omogućuju da više signala dijeli isti frekvencijski pojas, značajno povećavajući kapacitet kanala.
Novi uređaj to postiže upotrebom koničnih usmjerenih spojnica i anizotropne efektivne srednje obloge. Ove komponente pojačavaju polarizacijski dvolom, što rezultira visokim omjerom polarizacijske ekstinkcije (PER) i širokom propusnošću — ključnim karakteristikama učinkovitih teraherc komunikacijskih sustava.
Za razliku od tradicionalnih dizajna koji se oslanjaju na složene asimetrične valovode ovisne o frekvenciji, novi multiplekser koristi anizotropnu oblogu s tek malom ovisnošću o frekvenciji. Ovaj pristup u potpunosti iskorištava veliku propusnost koju pružaju konusne spojnice.
Rezultat je frakcijska propusnost 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 uske propusnosti i velikih gubitaka.
Rad istraživačkog tima ne samo da poboljšava učinkovitost terahercnih sustava, već i postavlja temelje za novu eru bežične komunikacije. Dr. Gao je primijetio: "Ova je inovacija ključni pokretač u otključavanju potencijala teraherc komunikacije." Aplikacije uključuju video streaming visoke razlučivosti, proširenu stvarnost i mobilne mreže sljedeće generacije poput 6G.
Tradicionalna rješenja za upravljanje polarizacijom teraherca, kao što su pretvarači ortogonalnog moda (OMT) temeljeni na pravokutnim metalnim valovodima, suočavaju se sa značajnim ograničenjima. Metalni valovod ima povećane ohmičke gubitke na višim frekvencijama, a procesi njihove proizvodnje su složeni zbog strogih geometrijskih zahtjeva.
Optički polarizacijski multiplekseri, uključujući one koji koriste Mach-Zehnder interferometre ili fotonske kristale, nude bolju integrabilnost i manje gubitke, ali često zahtijevaju kompromise između propusnosti, kompaktnosti i složenosti proizvodnje.
Usmjereni spojnici naširoko se koriste u optičkim sustavima i zahtijevaju jaku dvolomnost polarizacije kako bi se postigla kompaktna veličina i visok PER. Međutim, oni su ograničeni uskom propusnošću i osjetljivošću na proizvodna odstupanja.
Novi multiplekser kombinira prednosti konusnih usmjerenih spojnica i učinkovite medijske obloge, nadilazeći ta ograničenja. Anizotropna obloga pokazuje značajnu dvolomnost, osiguravajući visoku PER u širokom pojasu. Ovo načelo dizajna označava odmak od tradicionalnih metoda, pružajući skalabilno i praktično rješenje za teraherc integraciju.
Eksperimentalna validacija multipleksera potvrdila je njegove iznimne performanse. Uređaj radi učinkovito u rasponu od 225-330 GHz, postižući djelomičnu 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 također utire put snažnijim i pouzdanijim bežičnim mrežama velike brzine."
Potencijalne primjene ove tehnologije šire se izvan komunikacijskih sustava. Poboljšanjem korištenja spektra, multiplekser može potaknuti napredak u poljima kao što su radar, slike i Internet stvari. "U roku od jednog desetljeća, očekujemo da će ove teraherc tehnologije biti široko prihvaćene i integrirane u raznim industrijama", izjavio je profesor Withayachumnankul.
Multiplekser se također može neprimjetno 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 srednje obložene dielektrične valovodne platforme.
Nalazi istraživanja tima objavljeni su u časopisu Laser & Photonic Reviews, naglašavajući njihov značaj u unapređenju fotonske teraherc tehnologije. Profesor Fujita je primijetio: "Prevladavanjem kritičnih tehničkih prepreka, očekuje se da će ova inovacija potaknuti interes i istraživačku aktivnost na tom području."
Istraživači predviđaju da će njihov rad potaknuti 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 teraherc komunikacije. Postavlja novi standard za integrirane teraherc uređaje sa svojom metrikom performansi bez presedana.
Kako potražnja za komunikacijskim mrežama velike brzine i velikog kapaciteta nastavlja rasti, takve će inovacije igrati ključnu ulogu u oblikovanju budućnosti bežične tehnologije.
Vrijeme objave: 16. prosinca 2024