In nij type terahertz-multiplexer hat de datakapasiteit ferdûbele en 6G-kommunikaasje signifikant ferbettere mei noch nea earder sjoen bânbreedte en leech dataferlies.
Undersykers hawwe in superbrede band terahertz-multiplexer yntrodusearre dy't de datakapasiteit ferdûbelet en revolúsjonêre foarútgong bringt nei 6G en fierder. (Ofbyldingsboarne: Getty Images)
Draadloze kommunikaasje fan 'e folgjende generaasje, fertsjintwurdige troch terahertz-technology, belooft de gegevensoerdracht te revolúsjonearjen.
Dizze systemen wurkje op terahertz-frekwinsjes, en biede ongeëvenaarde bânbreedte foar ultrasnelle gegevensoerdracht en kommunikaasje. Om dit potinsjeel folslein te realisearjen, moatte lykwols wichtige technyske útdagings oerwûn wurde, benammen by it behearen en effektyf brûken fan it beskikbere spektrum.
In baanbrekkende foarútgong hat dizze útdaging oanpakt: de earste ultra-breedbân yntegreare terahertz-polarisaasje(de)multiplexer realisearre op in substraatfrij silisiumplatfoarm.
Dit ynnovative ûntwerp rjochtet him op 'e sub-terahertz J-band (220-330 GHz) en hat as doel de kommunikaasje te transformearjen foar 6G en fierder. It apparaat ferdûbelet effektyf de datakapasiteit wylst it in leech dataferliesnivo behâldt, wêrtroch't de wei frijmakke wurdt foar effisjinte en betroubere draadloze netwurken mei hege snelheid.
It team efter dizze mylpeal bestiet út professor Withawat Withayachumnankul fan 'e Skoalle foar Elektrotechnyk en Mechanyske Technyk fan 'e Universiteit fan Adelaide, Dr. Weijie Gao, no in postdoktoraal ûndersiker oan 'e Universiteit fan Osaka, en professor Masayuki Fujita.
Professor Withayachumnankul stelde: "De foarstelde polarisaasjemultiplekser makket it mooglik om meardere gegevensstreamen tagelyk binnen deselde frekwinsjebân te ferstjoeren, wêrtroch't de gegevenskapasiteit effektyf ferdûbele wurdt." De relative bânbreedte dy't troch it apparaat berikt wurdt, is sûnder foarbyld oer elk frekwinsjeberik, wat in wichtige sprong foarút betsjut foar yntegreare multiplexers.
Polarisaasjemultipleksers binne essensjeel yn moderne kommunikaasje, om't se meardere sinjalen yn steat stelle om deselde frekwinsjebân te dielen, wêrtroch't de kanaalkapasiteit signifikant ferbettere wurdt.
It nije apparaat berikt dit troch gebrûk te meitsjen fan konyske rjochtingskoppelings en anisotropyske effektive mediumbekleding. Dizze komponinten ferbetterje de polarisaasjedûbelbrekkens, wat resulteart yn in hege polarisaasje-útstjerringsferhâlding (PER) en brede bânbreedte - wichtige skaaimerken fan effisjinte terahertz-kommunikaasjesystemen.
Oars as tradisjonele ûntwerpen dy't fertrouwe op komplekse en frekwinsje-ôfhinklike asymmetryske golflieders, brûkt de nije multiplexer anisotropyske bekleding mei mar in lytse frekwinsje-ôfhinklikens. Dizze oanpak makket folslein gebrûk fan 'e romme bânbreedte dy't de konyske koppelings leverje.
It resultaat is in fraksjonele bânbreedte fan hast 40%, in gemiddelde PER fan mear as 20 dB, en in minimaal ynfoegingsferlies fan sawat 1 dB. Dizze prestaasjemetriken binne folle better as dy fan besteande optyske en mikrogolfûntwerpen, dy't faak lêst hawwe fan smelle bânbreedte en hege ferliezen.
It wurk fan it ûndersyksteam ferbetteret net allinich de effisjinsje fan terahertz-systemen, mar leit ek de basis foar in nij tiidrek yn draadloze kommunikaasje. Dr. Gao merkte op: "Dizze ynnovaasje is in wichtige driuwfear by it ûntsluten fan it potinsjeel fan terahertz-kommunikaasje." Tapassingen omfetsje streaming fan fideo mei hege definysje, augmented reality, en mobile netwurken fan 'e folgjende generaasje lykas 6G.
Tradisjonele terahertz-polarisaasjebehearoplossingen, lykas ortogonale modustransducers (OMT's) basearre op rjochthoekige metalen golflieders, hawwe te krijen mei wichtige beheiningen. Metalen golflieders ûnderfine ferhege ohmske ferliezen by hegere frekwinsjes, en har produksjeprosessen binne kompleks fanwegen strange geometryske easken.
Optyske polarisaasjemultiplexers, ynklusyf dyjingen dy't Mach-Zehnder-interferometers of fotonyske kristallen brûke, biede bettere yntegreerberens en legere ferliezen, mar fereaskje faak ôfwagings tusken bânbreedte, kompaktheid en produksjekompleksiteit.
Rjochtingskoppelaars wurde in soad brûkt yn optyske systemen en fereaskje sterke polarisaasjedûbelbrekkens om kompakte grutte en hege PER te berikken. Se wurde lykwols beheind troch smelle bânbreedte en gefoelichheid foar produksjetolerânsjes.
De nije multiplexer kombinearret de foardielen fan konyske rjochtingskoppelings en effektive mediumbekleding, en oerwint dizze beheiningen. De anisotropyske bekleding toant wichtige dûbele brekking, wat soarget foar in hege PER oer in brede bânbreedte. Dit ûntwerpprinsipe markearret in ôfwiking fan tradisjonele metoaden, en biedt in skalberbere en praktyske oplossing foar terahertz-yntegraasje.
Eksperimintele falidaasje fan 'e multiplexer befêstige syn útsûnderlike prestaasjes. It apparaat wurket effisjint yn it berik fan 225-330 GHz, en berikt in fraksjonele bânbreedte fan 37,8% wylst in PER boppe 20 dB behâlden wurdt. Syn kompakte grutte en kompatibiliteit mei standert produksjeprosessen meitsje it geskikt foar massaproduksje.
Dr. Gao sei: "Dizze ynnovaasje ferbetteret net allinich de effisjinsje fan terahertz-kommunikaasjesystemen, mar makket ek de wei frij foar krêftiger en betrouberdere hege-snelheid draadloze netwurken."
De potinsjele tapassingen fan dizze technology geane fierder as kommunikaasjesystemen. Troch it ferbetterjen fan it spektrumgebrûk kin de multiplexer foarútgong befoarderje op fjilden lykas radar, ôfbylding en it Ynternet fan Dingen. "Binnen in desennium ferwachtsje wy dat dizze terahertz-technologyen breed oannaam en yntegrearre wurde yn ferskate yndustryen," sei professor Withayachumnankul.
De multiplexer kin ek naadloos yntegrearre wurde mei eardere beamforming-apparaten dy't troch it team ûntwikkele binne, wêrtroch't avansearre kommunikaasjefunksjonaliteiten op in ferienige platfoarm mooglik binne. Dizze kompatibiliteit beklammet de alsidichheid en skalberens fan it effektive medium-clad diëlektryske golfliederplatfoarm.
De ûndersyksresultaten fan it team binne publisearre yn it tydskrift Laser & Photonic Reviews, en beklamje har belang yn it foarútgong fan fotonyske terahertz-technology. Professor Fujita sei: "Troch it oerwinnen fan krityske technyske barriêres wurdt ferwachte dat dizze ynnovaasje belangstelling en ûndersyksaktiviteit yn it fjild sil stimulearje."
De ûndersikers ferwachtsje dat harren wurk yn 'e kommende jierren nije tapassingen en fierdere technologyske ferbetteringen sil ynspirearje, wat úteinlik sil liede ta kommersjele prototypes en produkten.
Dizze multiplexer fertsjintwurdiget in wichtige stap foarút yn it ûntsluten fan it potinsjeel fan terahertz-kommunikaasje. It set in nije standert foar yntegreare terahertz-apparaten mei syn noch nea earder sjoen prestaasjemetriken.
Om't de fraach nei hege-snelheid, hege kapasiteit kommunikaasjenetwurken bliuwt te groeien, sille sokke ynnovaasjes in krúsjale rol spylje by it foarmjaan fan 'e takomst fan draadloze technology.
Pleatsingstiid: 16 desimber 2024