Một loại bộ ghép kênh Terahertz mới đã tăng gấp đôi công suất dữ liệu và tăng cường đáng kể giao tiếp 6G với băng thông chưa từng có và mất dữ liệu thấp.
Các nhà nghiên cứu đã giới thiệu một bộ ghép kênh Terahertz siêu rộng siêu rộng, tăng gấp đôi dung lượng dữ liệu và đưa những tiến bộ mang tính cách mạng lên 6G và hơn thế nữa. (Nguồn hình ảnh: Hình ảnh Getty)
Giao tiếp không dây thế hệ tiếp theo, được đại diện bởi Terahertz Technology, hứa hẹn sẽ cách mạng hóa truyền dữ liệu.
Các hệ thống này hoạt động ở tần số Terahertz, cung cấp băng thông vô song để truyền và truyền thông dữ liệu cực nhanh. Tuy nhiên, để nhận ra đầy đủ tiềm năng này, những thách thức kỹ thuật quan trọng phải được khắc phục, đặc biệt là trong việc quản lý và sử dụng hiệu quả phổ có sẵn.
Một tiến bộ đột phá đã giải quyết thách thức này: Bộ ghép kênh phân cực Terahertz (DE) tích hợp cực cao đầu tiên đã nhận ra trên một nền tảng silicon không có chất nền.
Thiết kế sáng tạo này nhắm vào ban nhạc Sub-Terahertz J (220-330 GHz) và nhằm mục đích chuyển đổi giao tiếp cho 6G và hơn thế nữa. Thiết bị có hiệu quả tăng gấp đôi dung lượng dữ liệu trong khi duy trì tốc độ mất dữ liệu thấp, mở đường cho các mạng không dây tốc độ cao hiệu quả và đáng tin cậy.
Nhóm nghiên cứu đằng sau cột mốc này bao gồm Giáo sư Withawat Withayachumnankul từ Trường Kỹ thuật Điện và Cơ khí của Đại học Adelaide, Tiến sĩ Weijie Gao, hiện là nhà nghiên cứu sau tiến sĩ tại Đại học Osaka, và Giáo sư Masayuki Fujita.
Giáo sư Withayachumnankul tuyên bố, "Bộ ghép kênh phân cực được đề xuất cho phép nhiều luồng dữ liệu được truyền đồng thời trong cùng một dải tần số, tăng gấp đôi công suất dữ liệu một cách hiệu quả." Băng thông tương đối đạt được bởi thiết bị là chưa từng có trên bất kỳ dải tần số nào, thể hiện một bước nhảy vọt đáng kể cho bộ ghép kênh tích hợp.
Bộ ghép kênh phân cực là rất cần thiết trong giao tiếp hiện đại vì chúng cho phép nhiều tín hiệu chia sẻ cùng một dải tần số, tăng cường đáng kể dung lượng kênh.
Thiết bị mới đạt được điều này bằng cách sử dụng các khớp nối định hướng hình nón và lớp phủ trung bình hiệu quả bất đẳng hướng. Các thành phần này tăng cường sự phân cực lưỡng chiết, dẫn đến tỷ lệ tuyệt chủng phân cực cao (per) và các đặc điểm phím băng thông rộng của các hệ thống truyền thông Terahertz hiệu quả.
Không giống như các thiết kế truyền thống dựa vào các ống dẫn sóng không đối xứng phụ thuộc phức tạp và phụ thuộc vào tần số, bộ ghép kênh mới sử dụng lớp phủ dị hướng chỉ với sự phụ thuộc tần số nhẹ. Cách tiếp cận này tận dụng hoàn toàn băng thông rộng rãi được cung cấp bởi các khớp nối hình nón.
Kết quả là băng thông phân số gần 40%, trung bình mỗi lần vượt quá 20 dB và mất chèn tối thiểu khoảng 1 dB. Các số liệu hiệu suất này vượt xa các thiết kế quang học và lò vi sóng hiện có, thường bị băng thông hẹp và tổn thất cao.
Công việc của nhóm nghiên cứu không chỉ tăng cường hiệu quả của các hệ thống Terahertz mà còn đặt nền tảng cho một kỷ nguyên mới trong giao tiếp không dây. Tiến sĩ Gao lưu ý: "Sự đổi mới này là một động lực chính trong việc mở khóa tiềm năng của truyền thông Terahertz." Các ứng dụng bao gồm truyền phát video độ phân giải cao, thực tế tăng cường và các mạng di động thế hệ tiếp theo như 6G.
Các giải pháp quản lý phân cực Terahertz truyền thống, chẳng hạn như đầu dò chế độ trực giao (OMTS) dựa trên ống dẫn sóng kim loại hình chữ nhật, phải đối mặt với những hạn chế đáng kể. Các ống dẫn sóng kim loại trải qua tổn thất ohmic tăng ở tần số cao hơn và các quy trình sản xuất của chúng rất phức tạp do các yêu cầu hình học nghiêm ngặt.
Các bộ ghép kênh phân cực quang học, bao gồm cả những người sử dụng giao thoa kế Mach-Zehnder hoặc tinh thể quang tử, cung cấp khả năng tích hợp tốt hơn và tổn thất thấp hơn nhưng thường yêu cầu sự đánh đổi giữa băng thông, độ nhỏ gọn và độ phức tạp của sản xuất.
Các khớp nối định hướng được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống quang học và đòi hỏi sự phân cực mạnh mẽ để đạt được kích thước nhỏ gọn và cao mỗi. Tuy nhiên, chúng bị giới hạn bởi băng thông hẹp và độ nhạy đối với dung sai sản xuất.
Bộ ghép kênh mới kết hợp các lợi thế của các khớp nối định hướng hình nón và ốp trung bình hiệu quả, khắc phục những hạn chế này. Sự ốp dị hướng thể hiện sự lưỡng chiết đáng kể, đảm bảo cao trên mỗi băng thông rộng. Nguyên tắc thiết kế này đánh dấu sự khởi đầu từ các phương pháp truyền thống, cung cấp một giải pháp thực tế và có thể mở rộng cho tích hợp terahertz.
Xác thực thử nghiệm của bộ ghép kênh đã xác nhận hiệu suất đặc biệt của nó. Thiết bị này hoạt động hiệu quả trong phạm vi 225-330 GHz, đạt được băng thông phân số là 37,8% trong khi vẫn duy trì trên 20 dB. Kích thước nhỏ gọn và khả năng tương thích của nó với các quy trình sản xuất tiêu chuẩn làm cho nó phù hợp để sản xuất hàng loạt.
Tiến sĩ Gao nhận xét: "Sự đổi mới này không chỉ tăng cường hiệu quả của các hệ thống truyền thông Terahertz mà còn mở đường cho các mạng không dây tốc độ cao mạnh mẽ và đáng tin cậy hơn."
Các ứng dụng tiềm năng của công nghệ này mở rộng ra ngoài các hệ thống truyền thông. Bằng cách cải thiện việc sử dụng phổ, bộ ghép kênh có thể thúc đẩy các tiến bộ trong các trường như radar, hình ảnh và internet của mọi thứ. "Trong vòng một thập kỷ, chúng tôi hy vọng các công nghệ Terahertz này sẽ được áp dụng và tích hợp rộng rãi trong các ngành công nghiệp khác nhau", Giáo sư Withayachumnankul tuyên bố.
Bộ ghép kênh cũng có thể được tích hợp liền mạch với các thiết bị truyền hình trước đó được phát triển bởi nhóm, cho phép các chức năng giao tiếp nâng cao trên một nền tảng thống nhất. Khả năng tương thích này làm nổi bật tính linh hoạt và khả năng mở rộng của nền tảng sóng điện môi trung bình hiệu quả.
Các kết quả nghiên cứu của nhóm đã được công bố trên tạp chí Laser & Photonic đánh giá, nhấn mạnh tầm quan trọng của chúng trong việc thúc đẩy công nghệ Terahertz quang tử. Giáo sư Fujita nhận xét, "bằng cách vượt qua các rào cản kỹ thuật quan trọng, sự đổi mới này dự kiến sẽ kích thích hoạt động quan tâm và nghiên cứu trong lĩnh vực này."
Các nhà nghiên cứu dự đoán rằng công việc của họ sẽ truyền cảm hứng cho các ứng dụng mới và những cải tiến công nghệ hơn nữa trong những năm tới, cuối cùng dẫn đến các nguyên mẫu và sản phẩm thương mại.
Bộ ghép kênh này thể hiện một bước tiến đáng kể trong việc mở khóa tiềm năng của truyền thông Terahertz. Nó đặt ra một tiêu chuẩn mới cho các thiết bị Terahertz tích hợp với các số liệu hiệu suất chưa từng có.
Khi nhu cầu về các mạng truyền thông công suất cao, tốc độ cao tiếp tục phát triển, những đổi mới như vậy sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc định hình tương lai của công nghệ không dây.
Thời gian đăng: Tháng 12-16-2024