أخبار الصناعة: تقنية الاتصالات من الجيل السادس تحقق إنجازاً جديداً!

صرح البروفيسور ويثاياشومنانكول قائلاً: "يسمح جهاز الإرسال المتعدد الاستقطابي المقترح بنقل عدة تدفقات بيانات في وقت واحد ضمن نفس نطاق التردد، مما يضاعف سعة البيانات فعلياً". ويُعد عرض النطاق الترددي النسبي الذي يحققه الجهاز غير مسبوق في أي نطاق ترددي، مما يمثل قفزة نوعية لأجهزة الإرسال المتعددة المتكاملة.

تعتبر أجهزة الإرسال والاستقبال الاستقطابية ضرورية في الاتصالات الحديثة لأنها تتيح مشاركة إشارات متعددة في نفس نطاق التردد، مما يعزز بشكل كبير سعة القناة.

يحقق الجهاز الجديد ذلك باستخدام موصلات اتجاهية مخروطية الشكل وغلاف وسط فعال غير متجانس. تعمل هذه المكونات على تعزيز الانكسار المزدوج للاستقطاب، مما ينتج عنه نسبة عالية من انقراض الاستقطاب (PER) وعرض نطاق ترددي واسع - وهما سمتان أساسيتان لأنظمة الاتصالات الفعالة في نطاق الترددات تيراهيرتز.

بخلاف التصاميم التقليدية التي تعتمد على الموجهات غير المتماثلة المعقدة والتي تعتمد على التردد، يستخدم جهاز الإرسال المتعدد الجديد غلافًا متباين الخواص مع اعتماد طفيف فقط على التردد. ويستفيد هذا النهج استفادة كاملة من عرض النطاق الترددي الواسع الذي توفره الموصلات المخروطية.

والنتيجة هي عرض نطاق كسري يقارب 40%، ومعدل خطأ في النبضة يتجاوز 20 ديسيبل، وخسارة إدخال دنيا تبلغ حوالي 1 ديسيبل. تتجاوز هذه المقاييس للأداء بكثير تلك الخاصة بالتصاميم البصرية والميكروية الحالية، والتي غالباً ما تعاني من عرض نطاق ضيق وخسارة عالية.

لا يقتصر عمل فريق البحث على تحسين كفاءة أنظمة الترددات التيراهيرتزية فحسب، بل يمهد الطريق أيضًا لعصر جديد في الاتصالات اللاسلكية. وأشار الدكتور غاو إلى أن "هذا الابتكار يُعدّ محركًا رئيسيًا لإطلاق العنان لإمكانات اتصالات الترددات التيراهيرتزية". وتشمل التطبيقات بث الفيديو عالي الدقة، والواقع المعزز، وشبكات الجيل التالي للهواتف المحمولة مثل الجيل السادس (6G).

تواجه حلول إدارة الاستقطاب التقليدية في نطاق الترددات تيراهيرتز، مثل محولات الوضع المتعامد (OMTs) القائمة على الموجهات المعدنية المستطيلة، قيودًا كبيرة. إذ تعاني الموجهات المعدنية من زيادة في الفقد الأومي عند الترددات العالية، كما أن عمليات تصنيعها معقدة نظرًا لمتطلباتها الهندسية الصارمة.

توفر أجهزة الإرسال والاستقبال الضوئية متعددة الاستقطاب، بما في ذلك تلك التي تستخدم مقاييس التداخل ماخ-زيندر أو البلورات الضوئية، قابلية تكامل أفضل وخسائر أقل، ولكنها غالباً ما تتطلب مقايضات بين عرض النطاق الترددي، والحجم الصغير، وتعقيد التصنيع.

تُستخدم الموصلات الاتجاهية على نطاق واسع في الأنظمة البصرية، وتتطلب انكسارًا استقطابيًا قويًا لتحقيق حجم صغير ونسبة انكسار عالية. ومع ذلك، فهي محدودة بنطاق ترددي ضيق وحساسية لتفاوتات التصنيع.

يجمع جهاز الإرسال المتعدد الجديد بين مزايا الموصلات الاتجاهية المخروطية والطبقة الخارجية الفعالة، متجاوزًا بذلك هذه القيود. تُظهر الطبقة الخارجية غير المتناحية انكسارًا مزدوجًا كبيرًا، مما يضمن معدل خطأ عاليًا عبر نطاق ترددي واسع. يُمثل مبدأ التصميم هذا نقلة نوعية عن الأساليب التقليدية، موفرًا حلاً عمليًا وقابلاً للتطوير لتكامل الترددات تيراهيرتز.

أكدت التجارب العملية لجهاز الإرسال المتعدد الأداء الاستثنائي للجهاز. يعمل الجهاز بكفاءة عالية في نطاق الترددات من 225 إلى 330 جيجاهرتز، محققًا عرض نطاق كسري يبلغ 37.8% مع الحفاظ على معدل خطأ في البكسل أعلى من 20 ديسيبل. حجمه الصغير وتوافقه مع عمليات التصنيع القياسية يجعلان منه مناسبًا للإنتاج بكميات كبيرة.

وعلق الدكتور غاو قائلاً: "إن هذا الابتكار لا يعزز كفاءة أنظمة الاتصالات التيراهيرتزية فحسب، بل يمهد الطريق أيضاً لشبكات لاسلكية عالية السرعة أكثر قوة وموثوقية".

تتجاوز التطبيقات المحتملة لهذه التقنية أنظمة الاتصالات. فمن خلال تحسين استخدام الطيف الترددي، يمكن للمُضاعِف أن يُسهم في تطوير مجالات مثل الرادار والتصوير وإنترنت الأشياء. وصرح البروفيسور ويثاياشومنانكول قائلاً: "نتوقع خلال عقد من الزمن أن تُعتمد تقنيات التيراهيرتز هذه على نطاق واسع وتُدمج في مختلف الصناعات".

يمكن أيضًا دمج جهاز الإرسال المتعدد بسلاسة مع أجهزة تشكيل الحزم السابقة التي طورها الفريق، مما يتيح وظائف اتصال متقدمة على منصة موحدة. وتبرز هذه الميزة التوافقية تنوع وقابلية التوسع لمنصة الموجهات الموجية العازلة ذات الغلاف المتوسط ​​الفعال.

نُشرت نتائج أبحاث الفريق في مجلة "Laser & Photonic Reviews"، مما يُبرز أهميتها في تطوير تقنية تيراهيرتز الضوئية. وقد علّق البروفيسور فوجيتا قائلاً: "من المتوقع أن يُحفّز هذا الابتكار، من خلال تجاوز العقبات التقنية الحرجة، الاهتمام والنشاط البحثي في ​​هذا المجال".

يتوقع الباحثون أن يلهم عملهم تطبيقات جديدة وتحسينات تكنولوجية إضافية في السنوات القادمة، مما يؤدي في النهاية إلى نماذج أولية ومنتجات تجارية.

يمثل هذا المُضاعِف خطوةً هامةً إلى الأمام في إطلاق العنان لإمكانيات اتصالات التيراهيرتز. فهو يرسي معياراً جديداً لأجهزة التيراهيرتز المتكاملة بفضل مقاييس أدائه غير المسبوقة.

مع استمرار نمو الطلب على شبكات الاتصالات عالية السرعة وعالية السعة، ستلعب هذه الابتكارات دورًا حاسمًا في تشكيل مستقبل التكنولوجيا اللاسلكية.