Nowy rodzaj multipleksera Terahertz podwoił pojemność danych i znacznie zwiększył komunikację 6G z bezprecedensową przepustowością i niską utratą danych.
Naukowcy wprowadzili multiplekser zespołu terahertza, który podwaja pojemność danych i prowadzi rewolucyjne postępy do 6G i później. (Źródło obrazu: Getty Images)
Komunikacja bezprzewodowa nowej generacji, reprezentowana przez Teerahertz Technology, obiecuje zrewolucjonizować transmisję danych.
Systemy te działają na częstotliwościach terahertz, oferując niezrównaną przepustowość dla bardzo szybkich transmisji i komunikacji danych. Jednak aby w pełni zrealizować ten potencjał, należy pokonać znaczące wyzwania techniczne, szczególnie w zarządzaniu i skutecznym wykorzystaniu dostępnego spektrum.
Przełomowy rozwój rozwiązał to wyzwanie: pierwszy zintegrowany multipleks zintegrowany polaryzacja terahertz (DE) zrealizowany na platformie krzemowej bez podłoża.
Ten innowacyjny projekt jest skierowany do zespołu Sub-Eterahertz J (220-330 GHz) i ma na celu przekształcenie komunikacji na 6G i później. Urządzenie skutecznie podwaja pojemność danych przy jednoczesnym utrzymaniu niskiego wskaźnika utraty danych, torując drogę wydajnym i niezawodnym szybkim sieciom bezprzewodowym.
Zespół stojący za tym kamieniem milowym obejmuje profesora VaWat Withayachumnankul z University of Adelaide School of Electrical and Mechanical Engineering, Dr. Weijie Gao, obecnie badacz doktorantów na Uniwersytecie Osaka oraz profesor Masayuki Fujita.
Profesor Withayachumnankul stwierdził: „Proponowany multiplekser polaryzacji umożliwia jednocześnie przesyłanie wielu strumieni danych w tym samym pasmach częstotliwości, skutecznie podwajając pojemność danych”. Względna przepustowość osiągnięta przez urządzenie jest bezprecedensowa w każdym zakresie częstotliwości, co stanowi znaczący skok dla zintegrowanych multiplekserów.
Multipleksery polaryzacyjne są niezbędne we współczesnej komunikacji, ponieważ umożliwiają wiele sygnałów dzielenie tego samego pasma częstotliwości, znacznie zwiększając pojemność kanału.
Nowe urządzenie osiąga to, wykorzystując stożkowe łączniki kierunkowe i anizotropowe skuteczne okładziny średnie. Składniki te zwiększają dwójłomność polaryzacyjną, co powoduje wysoki współczynnik ekstynkcji polaryzacji (PE) i szerokość przepustowości - kluczowe charakterystyki wydajnych systemów komunikacyjnych terahertz.
W przeciwieństwie do tradycyjnych projektów, które opierają się na złożonych i zależnych od częstotliwości falowodów asymetrycznych, nowy multiplekser stosuje okładziny anizotropowe z niewielką zależnością od częstotliwości. Takie podejście w pełni wykorzystuje dużą przepustowość dostarczaną przez stożkowe sprzęgle.
Rezultatem jest frakcyjna przepustowość blisko 40%, średnio na przekraczanie 20 dB i minimalna utrata wstawienia około 1 dB. Te wskaźniki wydajności znacznie przewyższają wskaźniki istniejących projektów optycznych i mikrofalowych, które często cierpią na wąską przepustowość i wysoką stratę.
Praca zespołu badawczego nie tylko zwiększa wydajność systemów Terahertz, ale także stanowią podstawę do nowej epoki komunikacji bezprzewodowej. Dr Gao zauważył: „Ta innowacja jest kluczowym kierowcą w odblokowaniu potencjału komunikacji terahertz”. Aplikacje obejmują strumieniowanie wideo o wysokiej rozdzielczości, rzeczywistość rozszerzoną i sieci mobilne nowej generacji, takie jak 6G.
Tradycyjne rozwiązania zarządzania polaryzacją terahertz, takie jak przetworniki trybu ortogonalnego (OMT) w oparciu o prostokątne falowody metalowe, napotykają znaczące ograniczenia. Metalowe falowody doświadczają zwiększonych strat omowych przy wyższych częstotliwościach, a ich procesy produkcyjne są złożone ze względu na rygorystyczne wymagania geometryczne.
Optyczne multipleksery polaryzacyjne, w tym korzystające z interferometrów Mach-Zehnder lub kryształy fotoniczne, oferują lepszą całkowalność i niższe straty, ale często wymagają kompromisów między przepustowością, zwartością i złożonością produkcyjną.
Łączniki kierunkowe są szeroko stosowane w układach optycznych i wymagają silnej dwójłomności polaryzacji, aby osiągnąć kompaktowy rozmiar i wysoki. Są jednak ograniczone wąską przepustowością i wrażliwością na tolerancje produkcyjne.
Nowy multiplekser łączy zalety stożkowych połączeń kierunkowych i skutecznego okładziny średniego, przezwyciężając te ograniczenia. Anizotropowe okładziny wykazuje znaczącą dwójłomność, zapewniając wysoką na szeroką przepustowość. Ta zasada projektu oznacza odejście od tradycyjnych metod, zapewniając skalowalne i praktyczne rozwiązanie integracji terahertz.
Eksperymentalna walidacja multipleksera potwierdziła jego wyjątkową wydajność. Urządzenie działa wydajnie w zakresie 225-330 GHz, osiągając frakcjonalną przepustowość 37,8% przy jednoczesnym utrzymaniu ponad 20 dB. Jego kompaktowy rozmiar i kompatybilność ze standardowymi procesami produkcyjnymi sprawiają, że jest odpowiedni do masowej produkcji.
Dr Gao zauważył: „Ta innowacja nie tylko zwiększa wydajność systemów komunikacyjnych Terahertz, ale także toruje drogę dla mocniejszych i niezawodnych szybkich sieci bezprzewodowych”.
Potencjalne zastosowania tej technologii wykraczają poza systemy komunikacji. Poprawiając wykorzystanie spektrum, multiplekser może zwiększać postępy w polach takich jak radar, obrazowanie i Internet przedmiotów. „W ciągu dekady oczekujemy, że te technologie Terahertz zostaną szeroko przyjęte i zintegrowane w różnych branżach” - stwierdził profesor Withayachumnankul.
Multiplekser można również bezproblemowo zintegrować z wcześniejszymi urządzeniami opracowanymi przez zespół, umożliwiając zaawansowaną funkcjonalność komunikacji na zunifikowanej platformie. Ta kompatybilność podkreśla wszechstronność i skalowalność efektywnej platformy falowodu dielektrycznego o średnicy.
Wyniki badań zespołu zostały opublikowane w czasopiśmie Laser & Photonic Reviews, podkreślając ich znaczenie w rozwoju fotonicznej technologii terahertz. Profesor Fujita zauważył: „Przezwyciężając krytyczne bariery techniczne, oczekuje się, że innowacja ta będzie stymulować zainteresowanie i działalność badawczą w tej dziedzinie”.
Naukowcy przewidują, że ich praca zainspiruje nowe zastosowania i dalsze ulepszenia technologiczne w nadchodzących latach, ostatecznie prowadząc do komercyjnych prototypów i produktów.
Ten multiplekser stanowi znaczący krok naprzód w odblokowaniu potencjału komunikacji terahertz. Ustawia nowy standard zintegrowanych urządzeń Terahertz z bezprecedensowymi wskaźnikami wydajności.
W miarę wzrostu zapotrzebowania na szybkie i wysokie zawodowe sieci komunikacyjne, takie innowacje będą odgrywać kluczową rolę w kształtowaniu przyszłości technologii bezprzewodowej.
Czas postu: DEC-16-2024