Новий тип терагерцового мультиплексора подвоїв ємність даних і значно покращив зв’язок 6G із безпрецедентною пропускною здатністю та низькою втратою даних.
Дослідники представили надширокодіапазонний терагерцевий мультиплексор, який подвоює ємність даних і вносить революційні досягнення в 6G і далі. (Джерело зображення: Getty Images)
Бездротовий зв'язок наступного покоління, представлений технологією терагерцового діапазону, обіцяє революцію в передачі даних.
Ці системи працюють на терагерцевих частотах, пропонуючи неперевершену пропускну здатність для надшвидкої передачі даних і зв’язку. Однак, щоб повністю реалізувати цей потенціал, необхідно подолати значні технічні проблеми, зокрема в управлінні та ефективному використанні доступного спектру.
Інноваційний прогрес вирішив цю проблему: перший ультраширокосмуговий інтегрований терагерцовий поляризаційний (де)мультиплексор, реалізований на кремнієвій платформі без підкладки.
Цей інноваційний дизайн націлений на субтерагерцовий діапазон J (220-330 ГГц) і спрямований на трансформацію зв’язку для 6G і не тільки. Пристрій ефективно подвоює ємність даних, зберігаючи низький рівень втрати даних, прокладаючи шлях для ефективних і надійних високошвидкісних бездротових мереж.
Команда, яка стоїть за цією важливою віхою, включає професора Вітавата Вітаячумнанкула зі Школи електротехніки та машинобудування Університету Аделаїди, доктора Вейцзе Гао, який зараз є доктором наук в Університеті Осаки, та професора Масаюкі Фудзіта.
Професор Вітаячумнанкул заявив: «Запропонований поляризаційний мультиплексор дозволяє одночасно передавати кілька потоків даних в межах однієї смуги частот, фактично подвоюючи ємність даних». Відносна пропускна здатність, досягнута пристроєм, є безпрецедентною в будь-якому частотному діапазоні, що представляє значний стрибок для інтегрованих мультиплексорів.
Поляризаційні мультиплексори є важливими для сучасного зв’язку, оскільки вони дозволяють множинним сигналам спільно використовувати ту саму частотну смугу, значно підвищуючи пропускну здатність каналу.
Новий пристрій досягає цього завдяки використанню конічних спрямованих зв’язків та анізотропного ефективного середовища. Ці компоненти посилюють поляризаційне подвійне променезаломлення, що призводить до високого коефіцієнта поляризаційного згасання (PER) і широкої смуги пропускання — ключових характеристик ефективних терагерцевих систем зв’язку.
На відміну від традиційних конструкцій, які покладаються на складні та залежні від частоти асиметричні хвилеводи, новий мультиплексор використовує анізотропну оболонку з незначною частотною залежністю. Цей підхід повністю використовує широку смугу пропускання, яку забезпечують конічні муфти.
Результатом є фракційна смуга пропускання, близька до 40%, середнє значення PER перевищує 20 дБ і мінімальні внесені втрати приблизно 1 дБ. Ці показники продуктивності значно перевершують показники існуючих оптичних і мікрохвильових конструкцій, які часто страждають від вузької смуги пропускання та високих втрат.
Робота дослідницької групи не тільки підвищує ефективність терагерцевих систем, але й закладає основу для нової ери бездротового зв’язку. Доктор Гао зазначив: «Ця інновація є ключовим фактором у розкритті потенціалу терагерцового зв’язку». Програми включають потокове відео високої чіткості, доповнену реальність і мобільні мережі нового покоління, такі як 6G.
Традиційні рішення для керування поляризацією терагерцового діапазону, такі як перетворювачі ортогонального режиму (OMT) на основі прямокутних металевих хвилеводів, мають значні обмеження. Металеві хвилеводи відчувають підвищені омічні втрати на вищих частотах, а процеси їх виготовлення є складними через суворі геометричні вимоги.
Мультиплексори оптичної поляризації, включно з тими, що використовують інтерферометри Маха-Цендера або фотонні кристали, забезпечують кращу інтегрованість і менші втрати, але часто вимагають компромісу між пропускною здатністю, компактністю та складністю виробництва.
Спрямовані зв’язки широко використовуються в оптичних системах і вимагають сильного подвійного променезаломлення поляризації для досягнення компактного розміру та високого PER. Однак вони обмежені вузькою смугою пропускання та чутливістю до виробничих допусків.
Новий мультиплексор поєднує в собі переваги конічних спрямованих зв’язків і ефективної зовнішньої оболонки, долаючи ці обмеження. Анізотропна оболонка демонструє значне подвійне променезаломлення, забезпечуючи високий PER у широкій смузі пропускання. Цей принцип розробки знаменує відхід від традиційних методів, забезпечуючи масштабоване та практичне рішення для інтеграції терагерцового діапазону.
Експериментальна перевірка мультиплексора підтвердила його виняткову продуктивність. Пристрій ефективно працює в діапазоні 225-330 ГГц, досягаючи часткової смуги пропускання 37,8% при підтримці PER вище 20 дБ. Його компактні розміри та сумісність зі стандартними виробничими процесами роблять його придатним для масового виробництва.
Доктор Гао зауважив: «Це нововведення не тільки підвищує ефективність систем зв’язку терагерцового діапазону, але й прокладає шлях до більш потужних і надійних високошвидкісних бездротових мереж».
Потенційне застосування цієї технології виходить за межі систем зв’язку. Покращуючи використання спектру, мультиплексор може стимулювати прогрес у таких сферах, як радар, зображення та Інтернет речей. «Протягом десяти років ми очікуємо, що ці технології терагерцового діапазону будуть широко впроваджені та інтегровані в різні галузі промисловості», — заявив професор Вітаячумнанкул.
Мультиплексор також можна легко інтегрувати з попередніми пристроями формування променя, розробленими командою, що забезпечує розширені функції зв’язку на єдиній платформі. Ця сумісність підкреслює універсальність і масштабованість ефективної діелектричної хвилеводної платформи із середнім покриттям.
Результати дослідження команди були опубліковані в журналі Laser & Photonic Reviews, підкреслюючи їх важливість у розвитку фотонної терагерцової технології. Професор Фуджіта зауважив: «Очікується, що завдяки подоланню критичних технічних бар’єрів ця інновація стимулюватиме інтерес і дослідницьку діяльність у цій галузі».
Дослідники очікують, що їхня робота надихне на нові програми та подальші технологічні вдосконалення в найближчі роки, що зрештою призведе до комерційних прототипів і продуктів.
Цей мультиплексор є значним кроком вперед у розкритті потенціалу терагерцового зв’язку. Він встановлює новий стандарт для інтегрованих терагерцових пристроїв завдяки своїм безпрецедентним показникам продуктивності.
Оскільки попит на високошвидкісні мережі зв’язку з великою пропускною здатністю продовжує зростати, такі інновації відіграватимуть вирішальну роль у формуванні майбутнього бездротових технологій.
Час публікації: 16 грудня 2024 р