’n Nuwe tipe terahertz-multiplekser het datakapasiteit verdubbel en 6G-kommunikasie aansienlik verbeter met ongekende bandwydte en lae dataverlies.
Navorsers het 'n superwye band terahertz-multiplekser bekendgestel wat datakapasiteit verdubbel en revolusionêre vooruitgang na 6G en verder bring. (Beeldbron: Getty Images)
Die volgende generasie draadlose kommunikasie, verteenwoordig deur terahertz-tegnologie, beloof om data-oordrag te revolusioneer.
Hierdie stelsels werk teen terahertz-frekwensies, wat ongeëwenaarde bandwydte bied vir ultra-vinnige data-oordrag en kommunikasie. Om hierdie potensiaal ten volle te verwesenlik, moet beduidende tegniese uitdagings oorkom word, veral in die bestuur en effektiewe benutting van die beskikbare spektrum.
'n Baanbrekende vooruitgang het hierdie uitdaging aangespreek: die eerste ultrawyeband-geïntegreerde terahertz-polarisasie (de)multiplekser wat op 'n substraatvrye silikonplatform gerealiseer is.
Hierdie innoverende ontwerp teiken die sub-terahertz J-band (220-330 GHz) en het ten doel om kommunikasie vir 6G en verder te transformeer. Die toestel verdubbel effektief datakapasiteit terwyl dit 'n lae dataverlieskoers behou, wat die weg baan vir doeltreffende en betroubare hoëspoed draadlose netwerke.
Die span agter hierdie mylpaal sluit in professor Withawat Withayachumnankul van die Universiteit van Adelaide se Skool vir Elektriese en Meganiese Ingenieurswese, dr. Weijie Gao, nou 'n nadoktorale navorser by die Osaka Universiteit, en professor Masayuki Fujita.
Professor Withayachumnankul het gesê: "Die voorgestelde polarisasie-multiplekser laat toe dat veelvuldige datastrome gelyktydig binne dieselfde frekwensieband versend word, wat datakapasiteit effektief verdubbel." Die relatiewe bandwydte wat deur die toestel bereik word, is ongekend oor enige frekwensiereeks, wat 'n beduidende sprong vir geïntegreerde multipleksers verteenwoordig.
Polarisasie-multipleksers is noodsaaklik in moderne kommunikasie aangesien dit verskeie seine in staat stel om dieselfde frekwensieband te deel, wat kanaalkapasiteit aansienlik verbeter.
Die nuwe toestel bereik dit deur gebruik te maak van koniese rigtingkoppelaars en anisotropiese effektiewe medium bekleding. Hierdie komponente verbeter polarisasie-dubbelbreking, wat lei tot 'n hoë polarisasie-uitwissingsverhouding (PER) en wye bandwydte - sleutelkenmerke van doeltreffende terahertz-kommunikasiestelsels.
Anders as tradisionele ontwerpe wat staatmaak op komplekse en frekwensie-afhanklike asimmetriese golfleiers, gebruik die nuwe multiplekser anisotropiese bekleding met slegs geringe frekwensie-afhanklikheid. Hierdie benadering maak ten volle gebruik van die ruim bandwydte wat deur die koniese koppelaars verskaf word.
Die resultaat is 'n fraksionele bandwydte naby aan 40%, 'n gemiddelde PER wat 20 dB oorskry, en 'n minimum invoegverlies van ongeveer 1 dB. Hierdie prestasiemaatstawwe oortref verreweg dié van bestaande optiese en mikrogolfontwerpe, wat dikwels aan smal bandwydte en hoë verlies ly.
Die navorsingspan se werk verbeter nie net die doeltreffendheid van terahertz-stelsels nie, maar lê ook die grondslag vir 'n nuwe era in draadlose kommunikasie. Dr. Gao het opgemerk: "Hierdie innovasie is 'n belangrike dryfveer om die potensiaal van terahertz-kommunikasie te ontsluit." Toepassings sluit in hoëdefinisie-videostroming, verhoogde werklikheid en volgende generasie mobiele netwerke soos 6G.
Tradisionele oplossings vir terahertz-polarisasiebestuur, soos ortogonale modus-omskakelaars (OMT's) gebaseer op reghoekige metaalgolfleiers, ondervind aansienlike beperkings. Metaalgolfleiers ervaar verhoogde ohmiese verliese by hoër frekwensies, en hul vervaardigingsprosesse is kompleks as gevolg van streng geometriese vereistes.
Optiese polarisasie-multipleksers, insluitend dié wat Mach-Zehnder-interferometers of fotoniese kristalle gebruik, bied beter integreerbaarheid en laer verliese, maar vereis dikwels afwegings tussen bandwydte, kompaktheid en vervaardigingskompleksiteit.
Rigtingkoppelaars word wyd gebruik in optiese stelsels en vereis sterk polarisasie dubbelbreking om kompakte grootte en hoë PER te bereik. Hulle word egter beperk deur smal bandwydte en sensitiwiteit vir vervaardigingstoleransies.
Die nuwe multiplekser kombineer die voordele van koniese rigtingkoppelaars en effektiewe medium bekleding, wat hierdie beperkings oorkom. Die anisotropiese bekleding vertoon aansienlike dubbelbreking, wat 'n hoë PER oor 'n wye bandwydte verseker. Hierdie ontwerpbeginsel dui op 'n afwyking van tradisionele metodes, wat 'n skaalbare en praktiese oplossing vir terahertz-integrasie bied.
Eksperimentele validering van die multiplekser het sy uitsonderlike prestasie bevestig. Die toestel werk doeltreffend in die 225-330 GHz-reeks, wat 'n fraksionele bandwydte van 37.8% behaal terwyl 'n PER bo 20 dB gehandhaaf word. Sy kompakte grootte en verenigbaarheid met standaard vervaardigingsprosesse maak dit geskik vir massaproduksie.
Dr. Gao het opgemerk: "Hierdie innovasie verhoog nie net die doeltreffendheid van terahertz-kommunikasiestelsels nie, maar baan ook die weg vir kragtiger en betroubaarder hoëspoed draadlose netwerke."
Die potensiële toepassings van hierdie tegnologie strek verder as kommunikasiestelsels. Deur spektrumbenutting te verbeter, kan die multiplekser vordering in velde soos radar, beeldvorming en die Internet van Dinge aandryf. "Binne 'n dekade verwag ons dat hierdie terahertz-tegnologieë wyd aangeneem en geïntegreer sal word in verskeie industrieë," het professor Withayachumnankul gesê.
Die multiplekser kan ook naatloos geïntegreer word met vroeëre balkvormtoestelle wat deur die span ontwikkel is, wat gevorderde kommunikasiefunksies op 'n verenigde platform moontlik maak. Hierdie verenigbaarheid beklemtoon die veelsydigheid en skaalbaarheid van die effektiewe medium-geklede diëlektriese golfleierplatform.
Die span se navorsingsbevindinge is gepubliseer in die joernaal Laser & Photonic Reviews, wat hul belangrikheid beklemtoon in die bevordering van fotoniese terahertz-tegnologie. Professor Fujita het opgemerk: "Deur kritieke tegniese hindernisse te oorkom, word verwag dat hierdie innovasie belangstelling en navorsingsaktiwiteit in die veld sal stimuleer."
Die navorsers verwag dat hul werk in die komende jare nuwe toepassings en verdere tegnologiese verbeterings sal inspireer, wat uiteindelik tot kommersiële prototipes en produkte sal lei.
Hierdie multiplekser verteenwoordig 'n belangrike stap vorentoe om die potensiaal van terahertz-kommunikasie te ontsluit. Dit stel 'n nuwe standaard vir geïntegreerde terahertz-toestelle met sy ongekende prestasiemaatstawwe.
Soos die vraag na hoëspoed, hoëkapasiteit kommunikasienetwerke aanhou groei, sal sulke innovasies 'n deurslaggewende rol speel in die vorming van die toekoms van draadlose tegnologie.
Postyd: 16 Desember 2024