Ένας νέος τύπος πολυπλέκτη terahertz έχει διπλασιάσει την χωρητικότητα δεδομένων και έχει βελτιώσει σημαντικά την επικοινωνία 6G με πρωτοφανές εύρος ζώνης και χαμηλή απώλεια δεδομένων.
Ερευνητές εισήγαγαν έναν πολυπλέκτη terahertz εξαιρετικά ευρείας ζώνης που διπλασιάζει τη χωρητικότητα δεδομένων και φέρνει επαναστατικές εξελίξεις στο 6G και πέρα από αυτό. (Πηγή εικόνας: Getty Images)
Η ασύρματη επικοινωνία επόμενης γενιάς, που αντιπροσωπεύεται από την τεχνολογία terahertz, υπόσχεται να φέρει επανάσταση στη μετάδοση δεδομένων.
Αυτά τα συστήματα λειτουργούν σε συχνότητες terahertz, προσφέροντας απαράμιλλο εύρος ζώνης για εξαιρετικά γρήγορη μετάδοση δεδομένων και επικοινωνία. Ωστόσο, για να αξιοποιηθεί πλήρως αυτό το δυναμικό, πρέπει να ξεπεραστούν σημαντικές τεχνικές προκλήσεις, ιδίως στη διαχείριση και την αποτελεσματική αξιοποίηση του διαθέσιμου φάσματος.
Μια πρωτοποριακή πρόοδος αντιμετώπισε αυτήν την πρόκληση: ο πρώτος ολοκληρωμένος πολυπλέκτης πόλωσης (de) υπερευρείας ζώνης terahertz που κατασκευάστηκε σε πλατφόρμα πυριτίου χωρίς υπόστρωμα.
Αυτός ο καινοτόμος σχεδιασμός στοχεύει στη ζώνη J υπο-τεραχέρτζ (220-330 GHz) και στοχεύει στον μετασχηματισμό της επικοινωνίας για το 6G και πέραν αυτού. Η συσκευή διπλασιάζει αποτελεσματικά τη χωρητικότητα δεδομένων διατηρώντας παράλληλα χαμηλό ρυθμό απώλειας δεδομένων, ανοίγοντας το δρόμο για αποτελεσματικά και αξιόπιστα ασύρματα δίκτυα υψηλής ταχύτητας.
Η ομάδα πίσω από αυτό το ορόσημο περιλαμβάνει τον καθηγητή Withawat Withayachumnankul από τη Σχολή Ηλεκτρολόγων και Μηχανολόγων Μηχανικών του Πανεπιστημίου της Αδελαΐδας, τον Δρ. Weijie Gao, νυν μεταδιδακτορικό ερευνητή στο Πανεπιστήμιο της Οσάκα, και τον καθηγητή Masayuki Fujita.
Ο καθηγητής Withayachumnankul δήλωσε: «Ο προτεινόμενος πολυπλέκτης πόλωσης επιτρέπει την ταυτόχρονη μετάδοση πολλαπλών ροών δεδομένων εντός της ίδιας ζώνης συχνοτήτων, διπλασιάζοντας ουσιαστικά τη χωρητικότητα δεδομένων». Το σχετικό εύρος ζώνης που επιτυγχάνεται από τη συσκευή είναι πρωτοφανές σε οποιοδήποτε εύρος συχνοτήτων, αντιπροσωπεύοντας ένα σημαντικό άλμα για τους ολοκληρωμένους πολυπλέκτες.
Οι πολυπλέκτες πόλωσης είναι απαραίτητοι στη σύγχρονη επικοινωνία, καθώς επιτρέπουν σε πολλαπλά σήματα να μοιράζονται την ίδια ζώνη συχνοτήτων, ενισχύοντας σημαντικά την χωρητικότητα του καναλιού.
Η νέα συσκευή το επιτυγχάνει αυτό χρησιμοποιώντας κωνικούς κατευθυντικούς ζεύκτες και ανισότροπη αποτελεσματική επένδυση μέσου. Αυτά τα στοιχεία ενισχύουν την διπλή διάθλαση πόλωσης, με αποτέλεσμα υψηλό λόγο απόσβεσης πόλωσης (PER) και ευρύ εύρος ζώνης - βασικά χαρακτηριστικά των αποτελεσματικών συστημάτων επικοινωνίας terahertz.
Σε αντίθεση με τα παραδοσιακά σχέδια που βασίζονται σε πολύπλοκους και εξαρτώμενους από τη συχνότητα ασύμμετρους κυματοδηγούς, ο νέος πολυπλέκτης χρησιμοποιεί ανισότροπη επένδυση με μικρή μόνο εξάρτηση από τη συχνότητα. Αυτή η προσέγγιση αξιοποιεί πλήρως το άφθονο εύρος ζώνης που παρέχεται από τους κωνικούς ζεύκτες.
Το αποτέλεσμα είναι ένα κλασματικό εύρος ζώνης κοντά στο 40%, ένα μέσο PER που υπερβαίνει τα 20 dB και μια ελάχιστη απώλεια εισαγωγής περίπου 1 dB. Αυτές οι μετρήσεις απόδοσης ξεπερνούν κατά πολύ εκείνες των υπαρχόντων οπτικών και μικροκυματικών σχεδίων, τα οποία συχνά υποφέρουν από στενό εύρος ζώνης και υψηλές απώλειες.
Το έργο της ερευνητικής ομάδας όχι μόνο ενισχύει την αποτελεσματικότητα των συστημάτων terahertz, αλλά θέτει επίσης τις βάσεις για μια νέα εποχή στην ασύρματη επικοινωνία. Ο Δρ. Γκάο σημείωσε: «Αυτή η καινοτομία αποτελεί βασικό μοχλό για την απελευθέρωση των δυνατοτήτων της επικοινωνίας terahertz». Οι εφαρμογές περιλαμβάνουν ροή βίντεο υψηλής ευκρίνειας, επαυξημένη πραγματικότητα και δίκτυα κινητής τηλεφωνίας επόμενης γενιάς όπως το 6G.
Οι παραδοσιακές λύσεις διαχείρισης πόλωσης terahertz, όπως οι ορθογώνιοι μετατροπείς τρόπου λειτουργίας (OMT) που βασίζονται σε ορθογώνιους μεταλλικούς κυματοδηγούς, αντιμετωπίζουν σημαντικούς περιορισμούς. Οι μεταλλικοί κυματοδηγοί παρουσιάζουν αυξημένες ωμικές απώλειες σε υψηλότερες συχνότητες και οι διαδικασίες κατασκευής τους είναι πολύπλοκες λόγω αυστηρών γεωμετρικών απαιτήσεων.
Οι πολυπλέκτες οπτικής πόλωσης, συμπεριλαμβανομένων εκείνων που χρησιμοποιούν συμβολόμετρα Mach-Zehnder ή φωτονικούς κρυστάλλους, προσφέρουν καλύτερη ολοκλήρωση και χαμηλότερες απώλειες, αλλά συχνά απαιτούν συμβιβασμούς μεταξύ εύρους ζώνης, συμπαγούς μεγέθους και πολυπλοκότητας κατασκευής.
Οι κατευθυντικοί ζεύκτες χρησιμοποιούνται ευρέως σε οπτικά συστήματα και απαιτούν ισχυρή διπλή διάθλαση πόλωσης για να επιτύχουν συμπαγές μέγεθος και υψηλό PER. Ωστόσο, περιορίζονται από το στενό εύρος ζώνης και την ευαισθησία στις κατασκευαστικές ανοχές.
Ο νέος πολυπλέκτης συνδυάζει τα πλεονεκτήματα των κωνικών κατευθυντικών ζεύξεων και της αποτελεσματικής επένδυσης μέσου, ξεπερνώντας αυτούς τους περιορισμούς. Η ανισότροπη επένδυση παρουσιάζει σημαντική διπλοδιαθλαστικότητα, εξασφαλίζοντας υψηλό PER σε ένα ευρύ εύρος ζώνης. Αυτή η αρχή σχεδιασμού σηματοδοτεί μια απόκλιση από τις παραδοσιακές μεθόδους, παρέχοντας μια κλιμακούμενη και πρακτική λύση για ολοκλήρωση terahertz.
Η πειραματική επικύρωση του πολυπλέκτη επιβεβαίωσε την εξαιρετική του απόδοση. Η συσκευή λειτουργεί αποτελεσματικά στην περιοχή των 225-330 GHz, επιτυγχάνοντας κλασματικό εύρος ζώνης 37,8% διατηρώντας παράλληλα PER πάνω από 20 dB. Το συμπαγές μέγεθος και η συμβατότητά του με τις τυπικές διαδικασίες κατασκευής τον καθιστούν κατάλληλο για μαζική παραγωγή.
Ο Δρ. Γκάο σχολίασε: «Αυτή η καινοτομία όχι μόνο ενισχύει την αποτελεσματικότητα των συστημάτων επικοινωνίας terahertz, αλλά ανοίγει και το δρόμο για πιο ισχυρά και αξιόπιστα ασύρματα δίκτυα υψηλής ταχύτητας».
Οι πιθανές εφαρμογές αυτής της τεχνολογίας εκτείνονται πέρα από τα συστήματα επικοινωνιών. Βελτιώνοντας την αξιοποίηση του φάσματος, ο πολυπλέκτης μπορεί να οδηγήσει σε εξελίξεις σε τομείς όπως το ραντάρ, η απεικόνιση και το Διαδίκτυο των Πραγμάτων. «Εντός μιας δεκαετίας, αναμένουμε ότι αυτές οι τεχνολογίες terahertz θα υιοθετηθούν ευρέως και θα ενσωματωθούν σε διάφορους κλάδους», δήλωσε ο καθηγητής Withayachumnankul.
Ο πολυπλέκτης μπορεί επίσης να ενσωματωθεί άψογα με προηγούμενες συσκευές μορφοποίησης δέσμης που έχουν αναπτυχθεί από την ομάδα, επιτρέποντας προηγμένες λειτουργίες επικοινωνίας σε μια ενοποιημένη πλατφόρμα. Αυτή η συμβατότητα υπογραμμίζει την ευελιξία και την επεκτασιμότητα της αποτελεσματικής πλατφόρμας διηλεκτρικού κυματοδηγού με επένδυση μέσου.
Τα ερευνητικά ευρήματα της ομάδας δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Laser & Photonic Reviews, τονίζοντας τη σημασία τους στην προώθηση της φωτονικής τεχνολογίας terahertz. Ο καθηγητής Fujita σχολίασε: «Υπερβαίνοντας κρίσιμα τεχνικά εμπόδια, αυτή η καινοτομία αναμένεται να τονώσει το ενδιαφέρον και την ερευνητική δραστηριότητα στον τομέα».
Οι ερευνητές αναμένουν ότι το έργο τους θα εμπνεύσει νέες εφαρμογές και περαιτέρω τεχνολογικές βελτιώσεις τα επόμενα χρόνια, οδηγώντας τελικά σε εμπορικά πρωτότυπα και προϊόντα.
Αυτός ο πολυπλέκτης αντιπροσωπεύει ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός στην απελευθέρωση των δυνατοτήτων της επικοινωνίας terahertz. Θέτει ένα νέο πρότυπο για τις ενσωματωμένες συσκευές terahertz με τις πρωτοφανείς μετρήσεις απόδοσης.
Καθώς η ζήτηση για δίκτυα επικοινωνίας υψηλής ταχύτητας και χωρητικότητας συνεχίζει να αυξάνεται, τέτοιες καινοτομίες θα διαδραματίσουν κρίσιμο ρόλο στη διαμόρφωση του μέλλοντος της ασύρματης τεχνολογίας.
Ώρα δημοσίευσης: 16 Δεκεμβρίου 2024