Нов тип терагерцов мултиплексор е удвоил капацитета на данните и значително е подобрил 6G комуникацията с безпрецедентна честотна лента и ниска загуба на данни.
Изследователи представиха свръхшироколентов терагерцов мултиплексор, който удвоява капацитета за данни и носи революционни подобрения в 6G и след това. (Източник на изображението: Getty Images)
Безжичната комуникация от следващо поколение, представена от терахерцовата технология, обещава да революционизира предаването на данни.
Тези системи работят на терагерцови честоти, предлагайки несравнима честотна лента за ултрабърз пренос на данни и комуникация. За да се реализира напълно този потенциал обаче, трябва да се преодолеят значителни технически предизвикателства, особено при управлението и ефективното използване на наличния спектър.
Революционен напредък се справи с това предизвикателство: първият ултрашироколентов интегриран терагерцов поляризационен (де)мултиплексор, реализиран върху силициева платформа без субстрат.
Този иновативен дизайн е насочен към субтерахерцовия J диапазон (220-330 GHz) и има за цел да трансформира комуникацията за 6G и след това. Устройството ефективно удвоява капацитета на данните, като същевременно поддържа нисък процент на загуба на данни, проправяйки пътя за ефективни и надеждни високоскоростни безжични мрежи.
Екипът, стоящ зад този важен етап, включва професор Витават Витаячумнанкул от Училището по електротехника и машиностроене към Университета в Аделаида, д-р Вейджие Гао, сега постдокторант в Университета в Осака, и професор Масаюки Фуджита.
Професор Уитаяхумнанкул заяви: „Предложеният поляризационен мултиплексор позволява едновременното предаване на множество потоци от данни в рамките на една и съща честотна лента, като по този начин ефективно удвоява капацитета на данните.“ Относителната честотна лента, постигната от устройството, е безпрецедентна във всеки честотен диапазон, което представлява значителен скок за интегрираните мултиплексори.
Поляризационните мултиплексори са от съществено значение в съвременната комуникация, тъй като позволяват на множество сигнали да споделят една и съща честотна лента, което значително увеличава капацитета на канала.
Новото устройство постига това чрез използване на конични насочени разклонители и анизотропна ефективна средна обвивка. Тези компоненти подобряват поляризационното двойно пречупване, което води до висок коефициент на поляризационна екстинкция (PER) и широка честотна лента – ключови характеристики на ефективните терагерцови комуникационни системи.
За разлика от традиционните конструкции, които разчитат на сложни и честотно зависими асиметрични вълноводи, новият мултиплексор използва анизотропна обвивка само с лека честотна зависимост. Този подход напълно използва широката честотна лента, осигурена от коничните разклонители.
Резултатът е частична честотна лента близо до 40%, среден PER надвишаващ 20 dB и минимални загуби при вмъкване от приблизително 1 dB. Тези показатели за производителност далеч надхвърлят тези на съществуващите оптични и микровълнови конструкции, които често страдат от тясна честотна лента и големи загуби.
Работата на изследователския екип не само повишава ефективността на терагерцовите системи, но и полага основите за нова ера в безжичната комуникация. Д-р Гао отбеляза: „Тази иновация е ключов двигател за отключване на потенциала на терагерцовата комуникация.“ Приложенията включват стрийминг на видео с висока разделителна способност, добавена реалност и мобилни мрежи от следващо поколение като 6G.
Традиционните терагерцови решения за управление на поляризацията, като например ортогонално-модови преобразуватели (OMT), базирани на правоъгълни метални вълноводи, са изправени пред значителни ограничения. Металните вълноводи изпитват повишени омически загуби при по-високи честоти, а производствените им процеси са сложни поради строгите геометрични изисквания.
Оптичните поляризационни мултиплексори, включително тези, използващи интерферометри на Мах-Цендер или фотонни кристали, предлагат по-добра интегрируемост и по-ниски загуби, но често изискват компромиси между честотна лента, компактност и сложност на производството.
Насочните разклонители се използват широко в оптичните системи и изискват силно поляризационно двулъчепречупване, за да се постигнат компактни размери и висок PER. Те обаче са ограничени от тясната честотна лента и чувствителността към производствените допуски.
Новият мултиплексор комбинира предимствата на коничните насочени разклонители и ефективната средна обвивка, преодолявайки тези ограничения. Анизотропната обвивка показва значително двойно пречупване, осигурявайки висок PER в широка честотна лента. Този принцип на проектиране бележи отклонение от традиционните методи, предоставяйки мащабируемо и практично решение за терагерцова интеграция.
Експерименталната проверка на мултиплексора потвърди изключителната му производителност. Устройството работи ефективно в диапазона 225-330 GHz, постигайки фракционна честотна лента от 37,8%, като същевременно поддържа PER над 20 dB. Компактният му размер и съвместимостта със стандартните производствени процеси го правят подходящ за масово производство.
Д-р Гао отбеляза: „Тази иновация не само повишава ефективността на терахерцовите комуникационни системи, но и проправя пътя за по-мощни и надеждни високоскоростни безжични мрежи.“
Потенциалните приложения на тази технология се простират отвъд комуникационните системи. Чрез подобряване на използването на спектъра, мултиплексорът може да стимулира напредъка в области като радар, изображения и интернет на нещата. „В рамките на едно десетилетие очакваме тези терагерцови технологии да бъдат широко възприети и интегрирани в различни индустрии“, заяви професор Уитаяхумнанкул.
Мултиплексорът може да бъде безпроблемно интегриран и с по-ранни устройства за формиране на лъчи, разработени от екипа, което позволява разширени комуникационни функционалности на унифицирана платформа. Тази съвместимост подчертава гъвкавостта и мащабируемостта на ефективната платформа за вълноводи със средно покритие от диелектричен материал.
Резултатите от изследването на екипа са публикувани в списанието Laser & Photonic Reviews, като се подчертава тяхното значение за развитието на фотонната терагерцова технология. Професор Фуджита отбеляза: „Чрез преодоляване на критични технически бариери се очаква тази иновация да стимулира интереса и изследователската дейност в областта.“
Изследователите очакват, че тяхната работа ще вдъхнови нови приложения и по-нататъшни технологични подобрения през следващите години, което в крайна сметка ще доведе до търговски прототипи и продукти.
Този мултиплексор представлява значителна стъпка напред в отключването на потенциала на терагерцовата комуникация. Той задава нов стандарт за интегрирани терагерцови устройства със своите безпрецедентни показатели за производителност.
Тъй като търсенето на високоскоростни комуникационни мрежи с голям капацитет продължава да расте, подобни иновации ще играят решаваща роля в оформянето на бъдещето на безжичните технологии.
Време на публикуване: 16 декември 2024 г.