ضاعف نوع جديد من Terahertz Multiplexer من قدرة البيانات وتعزيز التواصل 6G بشكل كبير مع النطاق الترددي غير المسبوق وفقدان البيانات المنخفضة.
لقد قدم الباحثون مجموعة متعددة النطاق في جميع أنحاء النطاق الفائق التي تضاعف قدرة البيانات ويجلب التطورات الثورية إلى 6G وما بعدها. (مصدر الصورة: Getty Images)
من الجيل التالي من الاتصالات اللاسلكية ، الممثلة بتكنولوجيا Terahertz ، يعد بإحداث ثورة في نقل البيانات.
تعمل هذه الأنظمة في ترددات Terahertz ، مما يوفر عرض النطاق الترددي الذي لا مثيل له لنقل البيانات والاتصالات فائقة السرعة. ومع ذلك ، لتحقيق هذه الإمكانات تمامًا ، يجب التغلب على التحديات الفنية الهامة ، لا سيما في إدارة الطيف المتاح واستخدامه بفعالية.
لقد عالج التقدم الرائد هذا التحدي: أول معدد الإرسال المتكامل للاستقطاب Terahertz (DE) المتكامل على نطاق واسع في منصة سيليكون خالية من الركيزة.
يستهدف هذا التصميم المبتكر فرقة Terahertz J Sub-Terahertz (220-330 GHz) ويهدف إلى تحويل الاتصالات إلى 6G وما بعدها. يضاعف الجهاز سعة البيانات بفعالية مع الحفاظ على معدل فقدان البيانات المنخفض ، ويمهد الطريق للشبكات اللاسلكية عالية السرعة الفعالة والموثوقة.
يشمل الفريق الذي يقف وراء هذا المعلم البروفيسور ويتاوات ويتايتشانكول من كلية الهندسة الكهربائية والميكانيكية بجامعة أديلايد ، الدكتور ويجي غاو ، وهو الآن باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة أوساكا ، والأستاذ ماسايوكي فوجيتا.
صرح البروفيسور Withayachumnankul ، "يسمح مضاعفات الاستقطاب المقترح بإرسال تدفقات بيانات متعددة في وقت واحد داخل نطاق التردد نفسه ، مما يضاعف قدرة البيانات بشكل فعال." عرض النطاق الترددي النسبي الذي حققه الجهاز غير مسبوق عبر أي نطاق تردد ، مما يمثل قفزة كبيرة لمضاعفات متكاملة.
تعتبر مضاعفات الاستقطاب ضرورية في التواصل الحديث لأنها تتيح إشارات متعددة من مشاركة نفس نطاق التردد ، مما يعزز بشكل كبير سعة القناة.
يحقق الجهاز الجديد هذا من خلال استخدام مقرنات الاتجاه المخروطية والكسوة المتوسطة الفعالة متباينة الخواص. تعزز هذه المكونات اندماج الاستقطاب ، مما يؤدي إلى ارتفاع نسبة انقراض الاستقطاب (PER) وعرض النطاق الترددي الواسع - خصائص أنظمة اتصالات Terahertz الفعالة.
على عكس التصميمات التقليدية التي تعتمد على أدلة الموجات غير المتماثلة المعقدة والتردد ، تستخدم مضاعفة جديدة الكسوة متباينة الخواص مع الاعتماد على التردد الطفيف فقط. هذا النهج يعزز بالكامل النطاق الترددي الوافحة التي توفرها المقرنات المخروطية.
والنتيجة هي عرض النطاق الترددي الكسري إلى ما يقرب من 40 ٪ ، ومتوسط لكل 20 ديسيبل ، وخسارة إدراج الحد الأدنى حوالي 1 ديسيبل. تتجاوز مقاييس الأداء هذه بكثير تصاميم التصميمات البصرية والميكروويف الحالية ، والتي تعاني غالبًا من النطاق الترددي الضيق والخسارة العالية.
لا يعزز عمل فريق البحث فقط كفاءة أنظمة Terahertz ولكن أيضًا يضع الأساس لعصر جديد في التواصل اللاسلكي. أشار الدكتور قاو ، "هذا الابتكار هو محرك رئيسي في فتح إمكانات اتصال Terahertz." تتضمن التطبيقات دفق الفيديو عالي الدقة والواقع المعزز وشبكات الجيلات من الجيل التالي مثل 6G.
تواجه حلول إدارة استقطاب Terahertz التقليدية ، مثل محولات الوضع المتعامد (OMTS) استنادًا إلى أدلة الموجات المعدنية المستطيلة ، قيودًا كبيرة. تجربة أدلة الموجات المعدنية تزيد من الخسائر الأومية عند الترددات الأعلى ، وعمليات التصنيع الخاصة بها معقدة بسبب المتطلبات الهندسية الصارمة.
توفر مضاعفات الاستقطاب البصري ، بما في ذلك أولئك الذين يستخدمون مقاييس تداخل Mach-Zehnder أو بلورات ضوئية ، قابلية للتكامل بشكل أفضل وخسائر أقل ولكن في كثير من الأحيان تتطلب مقايضات بين عرض النطاق الترددي والاندماج وتعقيد التصنيع.
تستخدم المقرنات الاتجاهية على نطاق واسع في الأنظمة البصرية وتتطلب اندماج استقطاب قوي لتحقيق حجم مضغوط وعالي لكل. ومع ذلك ، فهي محدودة بسبب النطاق الترددي الضيق والحساسية لتحمل التصنيع.
يجمع المضاعف الجديد بين مزايا مقرنات الاتجاه المخروطية والكسوة المتوسطة الفعالة ، والتغلب على هذه القيود. يُظهر الكسوة متباينة الخواص انحرافًا كبيرًا ، مما يضمن ارتفاعًا في النطاق الترددي الواسع. يمثل مبدأ التصميم خروجًا عن الأساليب التقليدية ، حيث يوفر حلاً قابلًا للتطوير وعمليًا لتكامل Terahertz.
أكد التحقق التجريبي لمضاعفة الأداء الاستثنائي. يعمل الجهاز بكفاءة في نطاق 225-330 جيجا هرتز ، مما يحقق عرض ترددي كسري بنسبة 37.8 ٪ مع الحفاظ على ما فوق 20 ديسيبل. حجمها المدمج وتوافقه مع عمليات التصنيع القياسية يجعلها مناسبة للإنتاج الضخم.
علق الدكتور قاو ، "هذا الابتكار لا يعزز فقط كفاءة أنظمة الاتصالات Terahertz ولكن أيضًا يمهد الطريق لشبكات لاسلكية عالية السرعة أكثر قوة وموثوقية."
تمتد التطبيقات المحتملة لهذه التكنولوجيا إلى ما وراء أنظمة الاتصالات. من خلال تحسين استخدام الطيف ، يمكن لمضاعفة الإرسال دفع التطورات في مجالات مثل الرادار والتصوير وإنترنت الأشياء. "في غضون عقد من الزمان ، نتوقع أن يتم تبني تقنيات Terahertz هذه على نطاق واسع ودمجها على نطاق واسع في مختلف الصناعات" ، صرح البروفيسور Withayachankul.
يمكن أيضًا دمج مضاعفة الإرسال بسلاسة مع أجهزة التكوينات السابقة التي طورتها الفريق ، مما يتيح وظائف الاتصال المتقدمة على منصة موحدة. يبرز هذا التوافق تنوع وقابلية التوسع في منصة الدليل الموجي العازلة المتوسطة المتوسطة.
تم نشر نتائج أبحاث الفريق في مجلة Laser & Photonic Reviews ، مع التركيز على أهميتها في تقدم تقنية Terahertz الضوئية. لاحظ البروفيسور فوجيتا ، "من خلال التغلب على الحواجز التقنية الحرجة ، من المتوقع أن يحفز هذا الابتكار النشاط الاهتمام والنشاط البحثي في هذا المجال."
يتوقع الباحثون أن يقوم عملهم بإلهام التطبيقات الجديدة والتحسينات التكنولوجية في السنوات القادمة ، مما يؤدي في النهاية إلى النماذج الأولية والمنتجات التجارية.
يمثل هذا التعدد خطوة مهمة إلى الأمام في فتح إمكانات اتصال Terahertz. إنه يضع معيارًا جديدًا لأجهزة Terahertz المتكاملة بمقاييس أدائها غير المسبوقة.
مع استمرار زيادة الطلب على شبكات الاتصال عالية السرعة ذات السعة العالية ، ستلعب هذه الابتكارات دورًا حاسمًا في تشكيل مستقبل التكنولوجيا اللاسلكية.
وقت النشر: ديسمبر -2024