Новы тып тэрагерцавага мультыплексара падвоіў аб'ём дадзеных і значна палепшыў сувязь 6G з беспрэцэдэнтнай прапускной здольнасцю і нізкай стратай даных.
Даследчыкі прадставілі супершырокапалосны тэрагерцавы мультыплексар, які падвойвае аб'ём дадзеных і ўносіць рэвалюцыйныя дасягненні ў 6G і далей. (Крыніца выявы: Getty Images)
Бесправадная сувязь наступнага пакалення, прадстаўленая тэрагерцавай тэхналогіяй, абяцае здзейсніць рэвалюцыю ў перадачы даных.
Гэтыя сістэмы працуюць на тэрагерцавых частотах, прапаноўваючы беспрэцэдэнтную прапускную здольнасць для звышхуткай перадачы даных і сувязі. Аднак, каб цалкам рэалізаваць гэты патэнцыял, неабходна пераадолець значныя тэхнічныя праблемы, асабліва ў кіраванні і эфектыўным выкарыстанні даступнага спектру.
Гэтую праблему вырашыў вырашыць наватарскі прагрэс: першы звышшырокапалосны інтэграваны тэрагерцавы палярызацыйны (дэ)мультыплексар, рэалізаваны на крэмніевай платформе без падкладкі.
Гэты інавацыйны дызайн арыентаваны на субтэрагерцавы дыяпазон J (220-330 ГГц) і накіраваны на пераўтварэнне сувязі для 6G і не толькі. Прылада эфектыўна падвойвае аб'ём дадзеных, захоўваючы нізкую хуткасць страты дадзеных, адкрываючы шлях для эфектыўных і надзейных высакахуткасных бесправадных сетак.
У групу, якая стаіць за гэтай важнай падзеяй, уваходзяць прафесар Вітават Уітаячумнанкул са Школы электратэхнікі і машынабудавання Універсітэта Адэлаіды, доктар Вэйцзе Гао, які зараз з'яўляецца дактарантам Універсітэта Асакі, і прафесар Масаюкі Фудзіта.
Прафесар Вітаячумнанкул заявіў: «Прапанаваны палярызацыйны мультыплексар дазваляе адначасова перадаваць некалькі патокаў даных у адной і той жа паласе частот, фактычна падвойваючы ёмістасць даных». Адносная прапускная здольнасць, дасягнутая прыладай, беспрэцэдэнтная ў любым дыяпазоне частот, што ўяўляе сабой значны скачок для інтэграваных мультыплексараў.
Палярызацыйныя мультыплексары вельмі важныя ў сучаснай сувязі, паколькі яны дазваляюць многім сігналам выкарыстоўваць адзін і той жа дыяпазон частот, значна павялічваючы прапускную здольнасць канала.
Новая прылада дасягае гэтага за кошт выкарыстання канічных накіраваных муфт і анізатропнай эфектыўнай сярэдняй абалонкі. Гэтыя кампаненты ўзмацняюць падвойнае праламленне палярызацыі, што прыводзіць да высокага каэфіцыента згасання палярызацыі (PER) і шырокай прапускной здольнасці — ключавых характарыстык эфектыўных тэрагерцавых сістэм сувязі.
У адрозненне ад традыцыйных канструкцый, якія абапіраюцца на складаныя і залежныя ад частоты асіметрычныя хваляводы, новы мультыплексар выкарыстоўвае анізатропную абалонку з нязначнай залежнасцю ад частоты. Гэты падыход цалкам выкарыстоўвае шырокую прапускную здольнасць, якую забяспечваюць канічныя муфты.
У выніку дробная прапускная здольнасць блізкая да 40%, сярэдняе PER перавышае 20 дБ і мінімальныя ўносяцца страты прыблізна 1 дБ. Гэтыя паказчыкі прадукцыйнасці значна пераўзыходзяць паказчыкі існуючых аптычных і мікрахвалевых канструкцый, якія часта пакутуюць ад вузкай прапускной здольнасці і вялікіх страт.
Праца даследчай групы не толькі павышае эфектыўнасць тэрагерцавых сістэм, але і закладвае аснову для новай эры бесправадной сувязі. Доктар Гао адзначыў: «Гэта новаўвядзенне з'яўляецца ключавым рухавіком у раскрыцці патэнцыялу тэрагерцавай сувязі». Праграмы ўключаюць струменевае відэа высокай выразнасці, дапоўненую рэальнасць і мабільныя сеткі новага пакалення, такія як 6G.
Традыцыйныя рашэнні для кіравання палярызацыяй тэрагерцавага дыяпазону, такія як пераўтваральнікі артаганальнага рэжыму (OMT), заснаваныя на прастакутных металічных хваляводах, сутыкаюцца са значнымі абмежаваннямі. Металічныя хваляводы адчуваюць павышаныя омічныя страты на больш высокіх частотах, і іх вытворчыя працэсы складаныя з-за строгіх геаметрычных патрабаванняў.
Аптычныя палярызацыйныя мультыплексары, у тым ліку тыя, якія выкарыстоўваюць інтэрферометры Маха-Цэндэра або фатонныя крышталі, забяспечваюць лепшую інтэгравальнасць і меншыя страты, але часта патрабуюць кампрамісаў паміж прапускной здольнасцю, кампактнасцю і складанасцю вытворчасці.
Накіраваныя развязкі шырока выкарыстоўваюцца ў аптычных сістэмах і патрабуюць моцнага падвойнага праламлення палярызацыі для дасягнення кампактнага памеру і высокага PER. Аднак яны абмежаваныя вузкай прапускной здольнасцю і адчувальнасцю да вытворчых допускаў.
Новы мультыплексар спалучае ў сабе перавагі канічных накіраваных муфт і эфектыўнай ашалёўкі асяроддзя, пераадольваючы гэтыя абмежаванні. Анізатропная абалонка дэманструе значнае падвойнае праламленне, забяспечваючы высокі PER па шырокай паласе прапускання. Гэты прынцып праектавання азначае адыход ад традыцыйных метадаў, забяспечваючы маштабаванае і практычнае рашэнне для інтэграцыі тэрагерц.
Эксперыментальная праверка мультыплексара пацвердзіла яго выключную прадукцыйнасць. Прылада эфектыўна працуе ў дыяпазоне 225-330 ГГц, дасягаючы дробнай прапускной здольнасці 37,8% пры падтрыманні PER вышэй за 20 дБ. Яго кампактны памер і сумяшчальнасць са стандартнымі вытворчымі працэсамі робяць яго прыдатным для масавай вытворчасці.
Доктар Гао адзначыў: «Гэта новаўвядзенне не толькі павышае эфектыўнасць тэрагерцавых сістэм сувязі, але і адкрывае шлях для больш магутных і надзейных высакахуткасных бесправадных сетак».
Патэнцыйныя магчымасці прымянення гэтай тэхналогіі выходзяць за межы сістэм сувязі. Палепшыўшы выкарыстанне спектру, мультыплексар можа спрыяць прагрэсу ў такіх галінах, як радар, візуалізацыя і Інтэрнэт рэчаў. «На працягу дзесяці гадоў мы чакаем, што гэтыя тэрагерцавыя тэхналогіі атрымаюць шырокае прымяненне і будуць інтэграваныя ў розныя галіны прамысловасці», — заявіў прафесар Уітаячумнанкул.
Мультыплексар таксама можа быць плаўна інтэграваны з больш раннімі прыладамі фарміравання прамяня, распрацаванымі камандай, забяспечваючы пашыраныя камунікацыйныя функцыі на адзінай платформе. Гэтая сумяшчальнасць падкрэслівае ўніверсальнасць і маштабаванасць эфектыўнай дыэлектрычнай хвалеводнай платформы з сярэдняй абалонкай.
Вынікі даследавання каманды былі апублікаваны ў часопісе Laser & Photonic Reviews, падкрэсліваючы іх значнасць у развіцці фатоннай тэрагерцавай тэхналогіі. Прафесар Фуджыта адзначыў: "Чакаецца, што дзякуючы пераадоленню крытычных тэхнічных бар'ераў гэта новаўвядзенне стымулюе цікавасць і даследчую дзейнасць у гэтай галіне".
Даследчыкі чакаюць, што іх праца натхніць на новыя прыкладанні і далейшыя тэхналагічныя ўдасканаленні ў бліжэйшыя гады, што ў канчатковым выніку прывядзе да камерцыйных прататыпаў і прадуктаў.
Гэты мультыплексар уяўляе сабой значны крок наперад у раскрыцці патэнцыялу тэрагерцавай сувязі. Ён устанаўлівае новы стандарт для інтэграваных тэрагерцавых прылад з беспрэцэдэнтнымі паказчыкамі прадукцыйнасці.
Паколькі попыт на высакахуткасныя сеткі сувязі з вялікай ёмістасцю працягвае расці, такія інавацыі будуць гуляць вырашальную ролю ў фарміраванні будучыні бесправадных тэхналогій.
Час публікацыі: 16 снежня 2024 г