Un nuovo tipo di multiplexer Terahertz ha raddoppiato la capacità dei dati e ha migliorato significativamente la comunicazione 6G con larghezza di banda senza precedenti e bassa perdita di dati.
I ricercatori hanno introdotto un multiplexer terahertz a banda super larga che raddoppia la capacità di dati e porta progressi rivoluzionari a 6G e oltre. (Fonte immagine: Getty Images)
La comunicazione wireless di prossima generazione, rappresentata dalla tecnologia Terahertz, promette di rivoluzionare la trasmissione dei dati.
Questi sistemi operano alle frequenze di Terahertz, offrendo una larghezza di banda senza pari per la trasmissione e la comunicazione ultra-veloce dei dati. Tuttavia, per realizzare pienamente questo potenziale, devono essere superate sfide tecniche significative, in particolare nella gestione e utilizzando efficacemente lo spettro disponibile.
Un avanzamento rivoluzionario ha affrontato questa sfida: il primo multiplexer Terahertz Polarization (DE) Ultra-Wideband ha realizzato su una piattaforma di silicio senza substrato.
Questo design innovativo si rivolge alla banda Sub-Terahertz J (220-330 GHz) e mira a trasformare la comunicazione per 6G e oltre. Il dispositivo raddoppia efficacemente la capacità dei dati mantenendo un basso tasso di perdita di dati, aprendo la strada a reti wireless ad alta velocità efficienti e affidabili.
Il team dietro questa pietra miliare comprende il professor Witchat Withayachumnankul della School of Electrical Engyingenering dell'Università di Adelaide, il Dr. Weijie Gao, ora ricercatore post -dottorato dell'Università di Osaka e il professor Masayuki Fujita.
Il professore conyachumnankul ha dichiarato: "Il multiplexer di polarizzazione proposto consente di trasmettere più flussi di dati contemporaneamente all'interno della stessa banda di frequenza, raddoppiando efficacemente la capacità dei dati". La larghezza di banda relativa ottenuta dal dispositivo non ha precedenti in qualsiasi intervallo di frequenza, che rappresenta un salto significativo per i multiplexer integrati.
I multiplexer di polarizzazione sono essenziali nella comunicazione moderna in quanto consentono a più segnali di condividere la stessa banda di frequenza, migliorando significativamente la capacità del canale.
Il nuovo dispositivo raggiunge questo utilizzando accoppiatori direzionali conici e rivestimento medio efficace anisotropico. Questi componenti migliorano la birifrangenza della polarizzazione, risultando in un elevato rapporto di estinzione di polarizzazione (PER) e larghezza di banda ampia: caratteristiche chiave dei sistemi di comunicazione terahertz efficienti.
A differenza dei design tradizionali che si basano su guide d'onda asimmetriche complesse e dipendenti dalla frequenza, il nuovo multiplexer impiega rivestimenti anisotropici con solo una leggera dipendenza da frequenza. Questo approccio sfrutta appieno l'ampia larghezza di banda fornita dagli accoppiatori conici.
Il risultato è una larghezza di banda frazionaria vicino al 40%, una media per superiore a 20 dB e una perdita minima di inserimento di circa 1 dB. Queste metriche di performance superano di gran lunga quelle dei disegni ottici e a microonde esistenti, che spesso soffrono di larghezza di banda ristretta e perdita elevata.
Il lavoro del team di ricerca non solo migliora l'efficienza dei sistemi Terahertz, ma pone anche le basi per una nuova era nella comunicazione wireless. Il Dr. Gao ha osservato: "Questa innovazione è un fattore chiave per sbloccare il potenziale della comunicazione Terahertz". Le applicazioni includono streaming video ad alta definizione, realtà aumentata e reti mobili di prossima generazione come 6G.
Le soluzioni tradizionali di gestione della polarizzazione terahertz, come i trasduttori in modalità ortogonale (OMT) basati su guide d'onda metalliche rettangolari, affrontano limiti significativi. Le guide d'onda metalliche subiscono una maggiore perdita ohmica a frequenze più elevate e i loro processi di produzione sono complessi a causa di rigorosi requisiti geometrici.
I multiplexer di polarizzazione ottica, compresi quelli che utilizzano interferometri mach-zehnder o cristalli fotonici, offrono una migliore integrabilità e perdite più basse, ma spesso richiedono compromessi tra larghezza di banda, compattezza e complessità di produzione.
Gli accoppiatori direzionali sono ampiamente utilizzati nei sistemi ottici e richiedono una forte birifrangenza di polarizzazione per ottenere dimensioni compatte e alte per. Tuttavia, sono limitati da una larghezza di banda ristretta e dalla sensibilità alle tolleranze di produzione.
Il nuovo multiplexer combina i vantaggi degli accoppiatori direzionali conici e il rivestimento medio efficace, superando questi limiti. Il rivestimento anisotropico presenta una significativa birifrangenza, garantendo un elevato per attraverso una larghezza di banda ampia. Questo principio di progettazione segna un allontanamento dai metodi tradizionali, fornendo una soluzione scalabile e pratica per l'integrazione di Terahertz.
La convalida sperimentale del multiplexer ha confermato le sue prestazioni eccezionali. Il dispositivo funziona in modo efficiente nell'intervallo di 225-330 GHz, raggiungendo una larghezza di banda frazionaria del 37,8% mantenendo un numero superiore a 20 dB. La sua dimensione compatta e compatibilità con i processi di produzione standard lo rendono adatto alla produzione di massa.
Il Dr. Gao ha osservato: "Questa innovazione non solo migliora l'efficienza dei sistemi di comunicazione Terahertz, ma apre anche la strada a reti wireless ad alta velocità più potenti e affidabili".
Le potenziali applicazioni di questa tecnologia vanno oltre i sistemi di comunicazione. Migliorando l'utilizzo dello spettro, il multiplexer può guidare i progressi in campi come radar, imaging e Internet of Things. "Nel giro di un decennio, ci aspettiamo che queste tecnologie Terahertz siano ampiamente adottate e integrate in vari settori", ha dichiarato il professor Withayachumnankul.
Il multiplexer può anche essere integrato perfettamente con i precedenti dispositivi di formazione di beamforming sviluppati dal team, consentendo funzionalità di comunicazione avanzate su una piattaforma unificata. Questa compatibilità evidenzia la versatilità e la scalabilità dell'effettiva piattaforma di guida d'onda dielettrica a medio.
I risultati della ricerca del team sono stati pubblicati sulla rivista Laser e le recensioni fotoniche, sottolineando il loro significato nel far avanzare la tecnologia fotonica Terahertz. La professoressa Fujita ha osservato: "Superando le barriere tecniche critiche, questa innovazione dovrebbe stimolare l'interesse e l'attività di ricerca sul campo".
I ricercatori prevedono che il loro lavoro ispirerà nuove applicazioni e ulteriori miglioramenti tecnologici nei prossimi anni, portando alla fine a prototipi e prodotti commerciali.
Questo multiplexer rappresenta un significativo passo avanti nello sbloccare il potenziale della comunicazione Terahertz. Stabilisce un nuovo standard per i dispositivi Terahertz integrati con le sue metriche di prestazioni senza precedenti.
Poiché la domanda di reti di comunicazione ad alta velocità e ad alta capacità continua a crescere, tali innovazioni svolgeranno un ruolo cruciale nel modellare il futuro della tecnologia wireless.
Tempo post: dicembre-16-2024