Een nieuw type Terahertz -multiplexer heeft de gegevenscapaciteit verdubbeld en de 6G -communicatie aanzienlijk verbeterd met een ongekende bandbreedte en lage gegevensverlies.
Onderzoekers hebben een superbrede band Terahertz-multiplexer geïntroduceerd die de gegevenscapaciteit verdubbelt en revolutionaire vooruitgang brengt tot 6G en daarna. (Afbeeldingsbron: Getty Images)
Wireless communicatie van de volgende generatie, vertegenwoordigd door Terahertz-technologie, belooft een revolutie teweeg te brengen in gegevensoverdracht.
Deze systemen werken op Terahertz-frequenties en bieden een ongeëvenaarde bandbreedte voor ultrasnelle gegevensoverdracht en communicatie. Om dit potentieel volledig te realiseren, moeten belangrijke technische uitdagingen echter worden overwonnen, met name bij het beheren en effectief gebruik van het beschikbare spectrum.
Een baanbrekende vooruitgang heeft deze uitdaging aangepakt: de eerste Ultra-Wideband Integrated Terahertz Polarisation (DE) multiplexer realiseerde zich op een substraatvrij siliciumplatform.
Dit innovatieve ontwerp richt zich op de Sub-Terahertz J-band (220-330 GHz) en wil de communicatie transformeren voor 6G en daarna. Het apparaat verdubbelt effectief de gegevenscapaciteit met behoud van een laag gegevensverliespercentage, waarbij de weg wordt vrijgemaakt voor efficiënte en betrouwbare snelle draadloze netwerken.
Het team achter deze mijlpaal omvat professor bij Awat Withayachumnankul van de School of Electrical and Mechanical Engineering van de Universiteit van Adelaide, Dr. Weijie Gao, nu postdoctoraal onderzoeker aan de Osaka University en professor Masayuki Fujita.
Professor Withayachumnankul verklaarde: "Met de voorgestelde polarisatiemultiplexer kunnen meerdere gegevensstromen tegelijkertijd binnen dezelfde frequentieband worden verzonden, waardoor de gegevenscapaciteit effectief wordt verdubbeld." De relatieve bandbreedte die door het apparaat wordt bereikt, is ongekend over elk frequentiebereik, wat een significante sprong voorstelt voor geïntegreerde multiplexers.
Polarisatie multiplexers zijn essentieel in moderne communicatie, omdat ze meerdere signalen in staat stellen dezelfde frequentieband te delen, waardoor de kanaalcapaciteit aanzienlijk wordt verbeterd.
Het nieuwe apparaat bereikt dit door conische directionele koppelingen en anisotrope effectieve mediumbekleding te gebruiken. Deze componenten verbeteren polarisatie dubbelbreking, wat resulteert in een hoge polarisatie -uitstervingsverhouding (PER) en brede bandbreedte - key -kenmerken van efficiënte Terahertz -communicatiesystemen.
In tegenstelling tot traditionele ontwerpen die afhankelijk zijn van complexe en frequentie-afhankelijke asymmetrische golfgeleiders, maakt de nieuwe multiplexer gebruik van anisotrope bekleding met slechts lichte frequentieafhankelijkheid. Deze benadering maakt gebruik van de ruime bandbreedte die door de conische koppels wordt geleverd.
Het resultaat is een fractionele bandbreedte van bijna 40%, een gemiddelde per meer dan 20 dB en een minimaal invoegverlies van ongeveer 1 dB. Deze prestatiestatistieken overtreffen die van bestaande optische en microgolfontwerpen ver, die vaak lijden aan een smalle bandbreedte en hoog verlies.
Het werk van het onderzoeksteam verbetert niet alleen de efficiëntie van Terahertz -systemen, maar legt ook de basis voor een nieuw tijdperk in draadloze communicatie. Dr. Gao merkte op: "Deze innovatie is een belangrijke drijfveer bij het ontgrendelen van het potentieel van Terahertz -communicatie." Toepassingen omvatten high-definition videostreaming, augmented reality en mobiele netwerken van de volgende generatie zoals 6G.
Traditionele oplossingen voor terahertz polarisatiebeheer, zoals orthogonale modustransducers (OMT's) op basis van rechthoekige metaalgolfgeleiders, worden significante beperkingen geconfronteerd. Metaalgolfgeleiders ervaren verhoogde ohmverliezen bij hogere frequenties, en hun productieprocessen zijn complex vanwege strikte geometrische vereisten.
Optische polarisatie multiplexers, waaronder die gebruiken van Mach-Zehnder-interferometers of fotonische kristallen, bieden een betere integreerbaarheid en lagere verliezen, maar vereisen vaak afwegingen tussen bandbreedte, compactheid en productiecomplexiteit.
Directionele koppelingen worden veel gebruikt in optische systemen en vereisen een sterke polarisatie -dubbelbreuk om compacte grootte en hoog PER te bereiken. Ze worden echter beperkt door een smalle bandbreedte en gevoeligheid voor productietoleranties.
De nieuwe multiplexer combineert de voordelen van conische directionele koppelingen en effectieve mediumbekleding, waarbij deze beperkingen worden overwonnen. De anisotrope bekleding vertoont een aanzienlijke dubbelbreking en zorgt voor hoog per over een brede bandbreedte. Dit ontwerpprincipe markeert een afwijking van traditionele methoden en biedt een schaalbare en praktische oplossing voor Terahertz -integratie.
Experimentele validatie van de multiplexer bevestigde zijn uitzonderlijke prestaties. Het apparaat werkt efficiënt in het 225-330 GHz-bereik, waardoor een fractionele bandbreedte van 37,8% wordt bereikt met behoud van een PER boven 20 dB. De compacte grootte en compatibiliteit met standaard productieprocessen maken het geschikt voor massaproductie.
Dr. Gao merkte op: "Deze innovatie verbetert niet alleen de efficiëntie van Terahertz-communicatiesystemen, maar maakt ook de weg vrij voor krachtigere en betrouwbare snelle draadloze netwerken."
De potentiële toepassingen van deze technologie gaan verder dan communicatiesystemen. Door het gebruik van het spectrum te verbeteren, kan de multiplexer vooruitgang in velden zoals radar, beeldvorming en het internet der dingen stimuleren. "Binnen een decennium verwachten we dat deze Terahertz -technologieën op grote schaal worden aangenomen en geïntegreerd in verschillende industrieën," verklaarde professor WithayaNMumnankul.
De multiplexer kan ook naadloos worden geïntegreerd met eerdere door het team ontwikkelde bundelvormende apparaten, waardoor geavanceerde communicatiefunctionaliteiten op een uniform platform mogelijk zijn. Deze compatibiliteit benadrukt de veelzijdigheid en schaalbaarheid van het effectieve medium beklede diëlektrische golfgeleiderplatform.
De onderzoeksresultaten van het team zijn gepubliceerd in de Journal Laser & Photonic Reviews en benadrukt hun betekenis in de voortschrijdende fotonische Terahertz -technologie. Professor Fujita merkte op: "Door kritische technische barrières te overwinnen, wordt deze innovatie verwacht dat deze interesse en onderzoeksactiviteit in het veld stimuleert."
De onderzoekers verwachten dat hun werk nieuwe toepassingen en verdere technologische verbeteringen in de komende jaren zal inspireren, wat uiteindelijk leidt tot commerciële prototypes en producten.
Deze multiplexer vertegenwoordigt een belangrijke stap voorwaarts bij het ontsluiten van het potentieel van Terahertz -communicatie. Het stelt een nieuwe standaard in voor geïntegreerde Terahertz -apparaten met zijn ongekende prestatiestatistieken.
Naarmate de vraag naar snelle communicatienetwerken met hoge capaciteit blijft groeien, zullen dergelijke innovaties een cruciale rol spelen bij het vormgeven van de toekomst van draadloze technologie.
Posttijd: dec-16-2024