En ny type terahertz -multiplexer har fordoblet datakapacitet og forbedret 6G -kommunikation markant med en hidtil uset båndbredde og lavt datatab.
Forskere har introduceret et super-bredt band Terahertz multiplexer, der fordobler datakapaciteten og bringer revolutionerende fremskridt til 6G og videre. (Billedkilde: Getty Images)
Næste generation af trådløs kommunikation, repræsenteret af Terahertz-teknologi, lover at revolutionere dataoverførsel.
Disse systemer fungerer ved Terahertz-frekvenser og tilbyder enestående båndbredde til ultrahurtige datatransmission og kommunikation. For fuldt ud at realisere dette potentiale skal betydelige tekniske udfordringer dog overvindes, især ved styring og effektivt at bruge det tilgængelige spektrum.
En banebrydende fremskridt har behandlet denne udfordring: den første ultra-bredbåndsintegrerede Terahertz-polarisering (DE) multiplexer realiseret på en substratfri siliciumplatform.
Dette innovative design er målrettet mod Sub-Terahertz J-båndet (220-330 GHz) og sigter mod at transformere kommunikation for 6G og videre. Enheden fordobler effektivt datakapacitet, mens den opretholder en lav datatabshastighed og baner vejen for effektive og pålidelige højhastigheds trådløse netværk.
Holdet bag denne milepæl inkluderer professor Withawat Withayachumnankul fra University of Adelaides School of Electrical and Mechanical Engineering, Dr. Weijie Gao, nu en postdoktorforsker ved Osaka University og professor Masayuki Fujita.
Professor Withayachumnankul sagde, "Den foreslåede polariseringsmultiplexer tillader, at flere datastrømme overføres samtidig inden for det samme frekvensbånd, hvilket effektivt fordobler datakapacitet." Den relative båndbredde opnået af enheden er hidtil uset over ethvert frekvensområde, der repræsenterer et betydeligt spring for integrerede multiplexere.
Polariseringsmultiplexere er vigtige i moderne kommunikation, da de gør det muligt for flere signaler at dele det samme frekvensbånd, hvilket forbedrer kanalkapaciteten markant.
Den nye enhed opnår dette ved at anvende koniske retningsforbindelser og anisotropisk effektiv medium beklædning. Disse komponenter forbedrer polarisationsbirefringence, hvilket resulterer i en høj polarisationsudryddelsesforhold (PER) og bred båndbredde - nøgleregenskaber for effektive terahertz -kommunikationssystemer.
I modsætning til traditionelle design, der er afhængige af komplekse og frekvensafhængige asymmetriske bølgeledere, anvender den nye multiplexer anisotropisk beklædning med kun let frekvensafhængighed. Denne tilgang udnytter fuldt ud den rigelige båndbredde leveret af de koniske koblinger.
Resultatet er en fraktioneret båndbredde tæt på 40%, et gennemsnit pr. Over 20 dB og et minimumsindsættelsestab på ca. 1 dB. Disse ydelsesmetrics overgår langt over dem af eksisterende optiske og mikrobølge design, som ofte lider af smal båndbredde og højt tab.
Forskningsteamets arbejde forbedrer ikke kun effektiviteten af Terahertz -systemer, men lægger også grundlaget for en ny æra i trådløs kommunikation. Dr. Gao bemærkede, "Denne innovation er en vigtig driver til at låse potentialet i Terahertz -kommunikationen op." Anvendelser inkluderer high-definition-videostreaming, augmented reality og næste generations mobilnetværk som 6G.
Traditionelle terahertz -polarisationsstyringsløsninger, såsom ortogonale tilstand transducere (OMT'er) baseret på rektangulære metalbølgeledere, står over for betydelige begrænsninger. Metalbølgeledere oplever øgede ohmiske tab ved højere frekvenser, og deres fremstillingsprocesser er komplekse på grund af strenge geometriske krav.
Optiske polariseringsmultiplexere, inklusive dem, der bruger Mach-Zehnder-interferometre eller fotoniske krystaller, giver bedre integrabilitet og lavere tab, men kræver ofte afvejninger mellem båndbredde, kompakthed og fremstilling af kompleksitet.
Retningskoblinger er vidt brugt i optiske systemer og kræver stærk polariseringsbirefringence for at opnå kompakt størrelse og høj pr. De er imidlertid begrænset af en smal båndbredde og følsomhed over for fremstillingstolerancer.
Den nye multiplexer kombinerer fordelene ved koniske retningsforbindelser og effektiv medium beklædning og overvinder disse begrænsninger. Den anisotrope beklædning udviser betydelig birefringence, hvilket sikrer høj pr. På tværs af en bred båndbredde. Dette designprincip markerer en afvigelse fra traditionelle metoder, der giver en skalerbar og praktisk løsning til Terahertz -integration.
Eksperimentel validering af multiplexeren bekræftede dens ekstraordinære ydelse. Enheden fungerer effektivt i området 225-330 GHz og opnå en fraktioneret båndbredde på 37,8%, mens den opretholder en pr. 20 dB. Dens kompakte størrelse og kompatibilitet med standardfremstillingsprocesser gør det velegnet til masseproduktion.
Dr. Gao bemærkede, "Denne innovation forbedrer ikke kun effektiviteten af Terahertz-kommunikationssystemer, men baner også vejen for mere kraftfulde og pålidelige højhastigheds trådløse netværk."
De potentielle anvendelser af denne teknologi strækker sig ud over kommunikationssystemer. Ved at forbedre spektrumudnyttelsen kan multiplexeren skabe fremskridt inden for felter som radar, billeddannelse og Internet of Things. "Inden for et årti forventer vi, at disse Terahertz -teknologier vil blive vidt vedtaget og integreret på tværs af forskellige brancher," sagde professor Withayachumnankul.
Multiplexeren kan også integreres problemfrit med tidligere stråleformeringsenheder udviklet af teamet, hvilket muliggør avancerede kommunikationsfunktionaliteter på en samlet platform. Denne kompatibilitet fremhæver alsidigheden og skalerbarheden af den effektive mediumklædte dielektriske bølgelederplatform.
Holdets forskningsresultater er blevet offentliggjort i tidsskriftet Laser & Photonic Reviews, der understreger deres betydning for at fremme fotonisk terahertz -teknologi. Professor Fujita bemærkede, "Ved at overvinde kritiske tekniske barrierer forventes denne innovation at stimulere interesse og forskningsaktivitet på området."
Forskerne forventer, at deres arbejde vil inspirere til nye applikationer og yderligere teknologiske forbedringer i de kommende år, hvilket i sidste ende fører til kommercielle prototyper og produkter.
Denne multiplexer repræsenterer et betydeligt skridt fremad med at låse potentialet i terahertz -kommunikation op. Det sætter en ny standard for integrerede Terahertz -enheder med sine hidtil uset ydelsesmetrics.
Efterhånden som efterspørgslen efter højhastighedskommunikationsnetværk med høj kapacitet fortsætter med at vokse, vil sådanne innovationer spille en afgørende rolle i udformningen af fremtiden for trådløs teknologi.
Posttid: dec-16-2024