أخبار الصناعة: اتصالات 6G تحقق طفرة جديدة!

صرح البروفيسور ويثاياشومانكول، "إن معدد إرسال الاستقطاب المقترح يسمح بنقل تدفقات بيانات متعددة في وقت واحد ضمن نفس نطاق التردد، مما يضاعف سعة البيانات بشكل فعال." عرض النطاق الترددي النسبي الذي حققه الجهاز لم يسبق له مثيل عبر أي نطاق تردد، مما يمثل قفزة كبيرة لمضاعفات الإرسال المتكاملة.

تعد معددات إرسال الاستقطاب ضرورية في الاتصالات الحديثة لأنها تمكن إشارات متعددة من مشاركة نفس نطاق التردد، مما يعزز سعة القناة بشكل كبير.

ويحقق الجهاز الجديد ذلك من خلال استخدام قارنات الاتجاه المخروطية والكسوة المتوسطة الفعالة متباينة الخواص. تعمل هذه المكونات على تعزيز انكسار الاستقطاب، مما يؤدي إلى ارتفاع نسبة انقراض الاستقطاب (PER) وعرض النطاق الترددي العريض، وهي الخصائص الرئيسية لأنظمة اتصالات تيراهيرتز الفعالة.

على عكس التصميمات التقليدية التي تعتمد على أدلة موجية غير متماثلة معقدة ومعتمدة على التردد، يستخدم معدد الإرسال الجديد كسوة متباينة الخواص مع اعتماد طفيف على التردد. يستفيد هذا النهج بشكل كامل من عرض النطاق الترددي الواسع الذي توفره المقرنات المخروطية.

والنتيجة هي عرض نطاق كسري يقترب من %40، ومتوسط ​​PER يتجاوز 20 ديسيبل، وخسارة إدخال دنيا تبلغ حوالي 1 ديسيبل. وتتجاوز مقاييس الأداء هذه بكثير تلك الخاصة بالتصميمات الضوئية والميكروويفية الحالية، والتي غالبًا ما تعاني من ضيق النطاق الترددي والخسارة العالية.

إن عمل فريق البحث لا يعزز كفاءة أنظمة تيراهيرتز فحسب، بل يضع الأساس لعصر جديد في الاتصالات اللاسلكية. وأشار الدكتور جاو إلى أن "هذا الابتكار هو المحرك الرئيسي لإطلاق العنان لإمكانات اتصالات التيراهيرتز." تشمل التطبيقات بث الفيديو عالي الوضوح والواقع المعزز وشبكات الهاتف المحمول من الجيل التالي مثل 6G.

تواجه حلول إدارة استقطاب تيراهيرتز التقليدية، مثل محولات الطاقة ذات الوضع المتعامد (OMTs) المستندة إلى أدلة موجية معدنية مستطيلة، قيودًا كبيرة. تواجه أدلة الموجات المعدنية خسائر أومية متزايدة عند الترددات الأعلى، وتكون عمليات تصنيعها معقدة بسبب المتطلبات الهندسية الصارمة.

توفر مُضاعِفات الاستقطاب البصري، بما في ذلك تلك التي تستخدم مقاييس تداخل Mach-Zehnder أو البلورات الضوئية، تكاملًا أفضل وخسائر أقل ولكنها تتطلب غالبًا مقايضات بين عرض النطاق الترددي والاكتناز وتعقيد التصنيع.

تُستخدم قارنات التوصيل الاتجاهية على نطاق واسع في الأنظمة البصرية وتتطلب انكسارًا ثنائيًا استقطابيًا قويًا لتحقيق حجم صغير ونسبة PER عالية. ومع ذلك، فهي محدودة بسبب النطاق الترددي الضيق والحساسية لتفاوتات التصنيع.

يجمع معدد الإرسال الجديد بين مزايا قارنات التوصيل المخروطية الاتجاهية والكسوة المتوسطة الفعالة، مما يتغلب على هذه القيود. تُظهِر الكسوة متباينة الخواص انكسارًا مزدوجًا كبيرًا، مما يضمن ارتفاع معدل PER عبر نطاق ترددي عريض. يمثل مبدأ التصميم هذا خروجًا عن الأساليب التقليدية، مما يوفر حلاً عمليًا وقابلاً للتطوير لتكامل تيراهيرتز.

أكد التحقق التجريبي من معدد الإرسال أداءه الاستثنائي. يعمل الجهاز بكفاءة في نطاق 225-330 جيجا هرتز، ويحقق نطاقًا تردديًا جزئيًا بنسبة 37.8% مع الحفاظ على معدل PER أعلى من 20 ديسيبل. حجمها الصغير وتوافقها مع عمليات التصنيع القياسية يجعلها مناسبة للإنتاج الضخم.

وأشار الدكتور جاو إلى أن "هذا الابتكار لا يعزز كفاءة أنظمة اتصالات تيراهيرتز فحسب، بل يمهد الطريق أيضًا لشبكات لاسلكية عالية السرعة أكثر قوة وموثوقية."

تمتد التطبيقات المحتملة لهذه التكنولوجيا إلى ما هو أبعد من أنظمة الاتصالات. من خلال تحسين استخدام الطيف، يمكن لمُضاعِف الإرسال أن يقود التقدم في مجالات مثل الرادار والتصوير وإنترنت الأشياء. وقال البروفيسور ويثاياتشومانانكول: "في غضون عقد من الزمن، نتوقع أن يتم اعتماد تقنيات تيراهيرتز هذه على نطاق واسع ودمجها في مختلف الصناعات".

يمكن أيضًا دمج معدد الإرسال بسلاسة مع أجهزة تكوين الشعاع السابقة التي طورها الفريق، مما يتيح وظائف الاتصال المتقدمة على منصة موحدة. يسلط هذا التوافق الضوء على تعدد الاستخدامات وقابلية التوسع لمنصة الدليل الموجي العازل الفعال ذو الطبقة المتوسطة.

تم نشر نتائج أبحاث الفريق في مجلة Laser & Photonic Reviews، مع التركيز على أهميتها في تطوير تكنولوجيا تيراهيرتز الضوئية. وقال البروفيسور فوجيتا: "من خلال التغلب على العوائق التقنية الهامة، من المتوقع أن يحفز هذا الابتكار الاهتمام والنشاط البحثي في ​​هذا المجال".

ويتوقع الباحثون أن عملهم سوف يلهم تطبيقات جديدة والمزيد من التحسينات التكنولوجية في السنوات المقبلة، مما يؤدي في نهاية المطاف إلى نماذج ومنتجات تجارية.

يمثل معدد الإرسال هذا خطوة مهمة إلى الأمام في إطلاق إمكانات اتصالات تيراهيرتز. إنه يضع معيارًا جديدًا لأجهزة تيراهيرتز المدمجة بمقاييس الأداء غير المسبوقة.

ومع استمرار نمو الطلب على شبكات الاتصالات عالية السرعة والسعة، فإن مثل هذه الابتكارات ستلعب دورًا حاسمًا في تشكيل مستقبل التكنولوجيا اللاسلكية.