Терагерцтік мультиплексордың жаңа түрі деректер сыйымдылығын екі есеге арттырды және бұрын-соңды болмаған өткізу қабілетімен және деректер жоғалуын төмендетумен 6G байланысын айтарлықтай жақсартты.
Зерттеушілер деректер сыйымдылығын екі есеге арттыратын және 6G және одан жоғары деңгейге революциялық жетістіктер әкелетін аса кең диапазонды терагерц мультиплексорын ұсынды. (Сурет көзі: Getty Images)
Терагерц технологиясымен ұсынылған келесі буын сымсыз байланыс деректерді беруде төңкеріс жасауға уәде береді.
Бұл жүйелер терагерц жиіліктерінде жұмыс істейді, бұл өте жылдам деректерді беру және байланыс үшін теңдесі жоқ өткізу қабілеттілігін ұсынады. Дегенмен, бұл әлеуетті толық жүзеге асыру үшін, әсіресе қолжетімді спектрді басқару және тиімді пайдалану саласындағы маңызды техникалық қиындықтарды жеңу қажет.
Бұл мәселені шешуге арналған жаңашыл жетістік жасалды: субстратсыз кремний платформасында жасалған алғашқы ультра кең жолақты интеграцияланған терагерц поляризациясы (де)мультиплексор.
Бұл инновациялық дизайн терагерцтен төмен J диапазонына (220-330 ГГц) бағытталған және байланысты 6G және одан жоғары деңгейге өзгертуге бағытталған. Құрылғы деректердің жоғалу жылдамдығын төмендете отырып, деректер сыйымдылығын тиімді түрде екі есеге арттырады, бұл тиімді және сенімді жоғары жылдамдықты сымсыз желілерге жол ашады.
Бұл маңызды кезеңнің артында тұрған топтың құрамына Аделаида университетінің электротехника және механикалық инженерия мектебінің профессоры Витават Витаячумнанкул, қазіргі уақытта Осака университетінде постдокторантура зерттеушісі болып табылатын доктор Вэйжие Гао және профессор Масаюки Фуджита кіреді.
Профессор Витхаячумнанкул: «Ұсынылған поляризация мультиплексоры бірнеше деректер ағындарын бір жиілік диапазонында бір уақытта жіберуге мүмкіндік береді, бұл деректер сыйымдылығын тиімді түрде екі есеге арттырады», - деп мәлімдеді. Құрылғы қол жеткізген салыстырмалы өткізу қабілеттілігі кез келген жиілік диапазонында бұрын-соңды болмаған, бұл интеграцияланған мультиплексорлар үшін айтарлықтай секірісті білдіреді.
Поляризация мультиплексорлары қазіргі заманғы байланыста өте маңызды, себебі олар бірнеше сигналдардың бірдей жиілік диапазонын бөлісуіне мүмкіндік береді, бұл арнаның өткізу қабілетін айтарлықтай арттырады.
Жаңа құрылғы мұны конустық бағыттаушы муфталарды және анизотропты тиімді орта қаптамасын пайдалану арқылы жүзеге асырады. Бұл компоненттер поляризацияның қос сынуын күшейтеді, нәтижесінде жоғары поляризацияның жойылу коэффициенті (PER) және кең өткізу қабілеттілігі пайда болады - бұл тиімді терагерц байланыс жүйелерінің негізгі сипаттамалары.
Күрделі және жиілікке тәуелді асимметриялық толқын өткізгіштерге негізделген дәстүрлі конструкциялардан айырмашылығы, жаңа мультиплексор жиілікке аз ғана тәуелділігі бар анизотропты қаптаманы пайдаланады. Бұл тәсіл конустық муфталар қамтамасыз ететін кең өткізу қабілеттілігін толық пайдаланады.
Нәтижесінде бөлшек өткізу қабілеттілігі 40%-ға жуық, орташа PER 20 дБ-ден асады және енгізудің минималды шығыны шамамен 1 дБ құрайды. Бұл өнімділік көрсеткіштері көбінесе тар өткізу қабілеттілігі мен жоғары шығыннан зардап шегетін қолданыстағы оптикалық және микротолқынды конструкциялардың көрсеткіштерінен әлдеқайда асып түседі.
Зерттеу тобының жұмысы терагерцтік жүйелердің тиімділігін арттырып қана қоймай, сонымен қатар сымсыз байланыстың жаңа дәуірінің негізін қалайды. Доктор Гао: «Бұл инновация терагерцтік байланыстың әлеуетін ашудағы негізгі қозғаушы күш болып табылады», - деп атап өтті. Қолданбаларға жоғары ажыратымдылықтағы бейне ағыны, кеңейтілген шындық және 6G сияқты келесі буын мобильді желілері кіреді.
Тікбұрышты металл толқын өткізгіштерге негізделген ортогоналды режимді түрлендіргіштер (ОМТ) сияқты дәстүрлі терагерц поляризациясын басқару шешімдері айтарлықтай шектеулерге тап болады. Металл толқын өткізгіштер жоғары жиіліктерде омдық шығындардың артуына ұшырайды және оларды өндіру процестері қатаң геометриялық талаптарға байланысты күрделі.
Мах-Цендер интерферометрлерін немесе фотондық кристалдарды пайдаланатындарды қоса алғанда, оптикалық поляризация мультиплексорлары жақсы интеграцияланымдылықты және төмен шығындарды ұсынады, бірақ көбінесе өткізу қабілеттілігі, ықшамдылық және өндірістік күрделілік арасында ымыраға келуді қажет етеді.
Бағыттау муфталары оптикалық жүйелерде кеңінен қолданылады және ықшам өлшем мен жоғары PER-ге жету үшін күшті поляризация қос сынуын қажет етеді. Дегенмен, олар тар өткізу қабілеттілігімен және өндірістік төзімділікке сезімталдығымен шектеледі.
Жаңа мультиплексор конустық бағыттаушы муфталар мен тиімді орта қаптамасының артықшылықтарын біріктіріп, осы шектеулерді жеңеді. Анизотропты қаптама кең өткізу қабілеттілігінде жоғары PER қамтамасыз ете отырып, айтарлықтай қос сынуды көрсетеді. Бұл дизайн принципі дәстүрлі әдістерден ауытқуды білдіреді, терагерцтік интеграция үшін масштабталатын және практикалық шешім ұсынады.
Мультиплексордың эксперименттік тексеруі оның ерекше өнімділігін растады. Құрылғы 225-330 ГГц диапазонында тиімді жұмыс істейді, PER мәнін 20 дБ-ден жоғары сақтай отырып, 37,8% бөлшек өткізу қабілеттілігіне қол жеткізеді. Оның ықшам өлшемі және стандартты өндірістік процестермен үйлесімділігі оны жаппай өндіріске жарамды етеді.
Доктор Гао: «Бұл инновация терагерц байланыс жүйелерінің тиімділігін арттырып қана қоймай, сонымен қатар қуатты және сенімді жоғары жылдамдықты сымсыз желілерге жол ашады», - деп атап өтті.
Бұл технологияның әлеуетті қолданылуы байланыс жүйелерінен тысқары дамиды. Спектрді пайдалануды жақсарту арқылы мультиплексор радар, бейнелеу және Заттар интернеті сияқты салалардағы жетістіктерге қол жеткізе алады. «Он жыл ішінде біз бұл терагерцтік технологиялар әртүрлі салаларда кеңінен қолданылып, интеграцияланады деп күтеміз», - деді профессор Витхаячумнанкул.
Мультиплексорды команда әзірлеген бұрынғы сәуле түзу құрылғыларымен де біркелкі біріктіруге болады, бұл бірыңғай платформада кеңейтілген байланыс функцияларын қамтамасыз етеді. Бұл үйлесімділік тиімді орташа қабатты диэлектрлік толқын өткізгіш платформасының әмбебаптығы мен масштабталуын көрсетеді.
Топтың зерттеу нәтижелері Laser & Photonic Reviews журналында жарияланды, онда олардың фотондық терагерц технологиясын дамытудағы маңыздылығы атап өтілді. Профессор Фуджита: «Маңызды техникалық кедергілерді жеңу арқылы бұл инновация осы саладағы қызығушылық пен зерттеу қызметін ынталандырады деп күтілуде», - деп атап өтті.
Зерттеушілер олардың жұмысы алдағы жылдары жаңа қолданбаларға және одан әрі технологиялық жетілдірулерге шабыттандырады, сайып келгенде коммерциялық прототиптер мен өнімдерге әкеледі деп күтеді.
Бұл мультиплексор терагерцтік байланыстың әлеуетін ашудағы маңызды қадам болып табылады. Ол өзінің теңдессіз өнімділік көрсеткіштерімен интеграцияланған терагерцтік құрылғылар үшін жаңа стандарт орнатады.
Жоғары жылдамдықты, жоғары сыйымдылықты байланыс желілеріне сұраныс өсе берген сайын, мұндай инновациялар сымсыз технологияның болашағын қалыптастыруда шешуші рөл атқаратын болады.
Жарияланған уақыты: 2024 жылғы 16 желтоқсан