نوع جدیدی از مالتی‌پلکسر تراهرتز، ظرفیت داده را دو برابر کرده و ارتباط 6G را با پهنای باند بی‌سابقه و اتلاف داده کم، به طور قابل توجهی بهبود بخشیده است.
محققان یک مالتی‌پلکسر تراهرتز با پهنای باند فوق‌العاده وسیع معرفی کرده‌اند که ظرفیت داده‌ها را دو برابر می‌کند و پیشرفت‌های انقلابی را برای 6G و فراتر از آن به ارمغان می‌آورد. (منبع تصویر: گتی ایمیجز)
نسل بعدی ارتباطات بی‌سیم، که با فناوری تراهرتز ارائه می‌شود، نویدبخش انقلابی در انتقال داده‌ها است.
این سیستم‌ها در فرکانس‌های تراهرتز کار می‌کنند و پهنای باند بی‌نظیری را برای انتقال و ارتباط فوق‌العاده سریع داده‌ها ارائه می‌دهند. با این حال، برای تحقق کامل این پتانسیل، باید بر چالش‌های فنی قابل توجهی، به ویژه در مدیریت و استفاده مؤثر از طیف موجود، غلبه شود.
یک پیشرفت پیشگامانه به این چالش پرداخته است: اولین مالتی‌پلکسر (de)پلکسر قطبش (de)تراهرتز یکپارچه با پهنای باند فوق وسیع که بر روی یک پلتفرم سیلیکونی بدون زیرلایه ساخته شده است.
این طراحی نوآورانه، باند J زیر تراهرتز (۲۲۰-۳۳۰ گیگاهرتز) را هدف قرار داده و قصد دارد ارتباطات را برای نسل ششم و فراتر از آن متحول کند. این دستگاه به طور مؤثر ظرفیت داده‌ها را دو برابر می‌کند و در عین حال نرخ از دست دادن داده را پایین نگه می‌دارد و راه را برای شبکه‌های بی‌سیم پرسرعت کارآمد و قابل اعتماد هموار می‌کند.
تیم پشت این دستاورد مهم شامل پروفسور ویتاوات ویتایاچومنانکول از دانشکده مهندسی برق و مکانیک دانشگاه آدلاید، دکتر ویجی گائو، که اکنون محقق پسادکترا در دانشگاه اوساکا است، و پروفسور ماسایوکی فوجیتا می‌شود.
پروفسور ویتایاچومنانکول اظهار داشت: «مالتی‌پلکسر قطبش پیشنهادی امکان انتقال همزمان چندین جریان داده را در یک باند فرکانسی فراهم می‌کند و به طور موثر ظرفیت داده را دو برابر می‌کند.» پهنای باند نسبی حاصل از این دستگاه در هر محدوده فرکانسی بی‌سابقه است و جهشی قابل توجه برای مالتی‌پلکسرهای یکپارچه محسوب می‌شود.
مالتی‌پلکسرهای قطبش در ارتباطات مدرن ضروری هستند زیرا به چندین سیگنال اجازه می‌دهند تا باند فرکانسی یکسانی را به اشتراک بگذارند و ظرفیت کانال را به طور قابل توجهی افزایش دهند.
این دستگاه جدید با استفاده از کوپلر‌های جهت‌دار مخروطی و روکش رسانه‌ای مؤثر ناهمسانگرد به این هدف دست می‌یابد. این اجزا، دوشکستی قطبش را افزایش می‌دهند و در نتیجه نسبت انقراض قطبش (PER) بالا و پهنای باند وسیع ایجاد می‌کنند که از ویژگی‌های کلیدی سیستم‌های ارتباطی تراهرتز کارآمد هستند.
برخلاف طرح‌های سنتی که به موجبرهای نامتقارن پیچیده و وابسته به فرکانس متکی هستند، مالتی‌پلکسر جدید از روکش ناهمسانگرد با وابستگی فرکانسی اندک استفاده می‌کند. این رویکرد به طور کامل از پهنای باند وسیع ارائه شده توسط کوپلر مخروطی بهره می‌برد.
نتیجه، پهنای باند کسری نزدیک به ۴۰٪، میانگین PER بیش از ۲۰ دسی‌بل و حداقل تلفات عبوری تقریباً ۱ دسی‌بل است. این معیارهای عملکرد بسیار فراتر از معیارهای طراحی‌های نوری و مایکروویو موجود است که اغلب از پهنای باند باریک و تلفات بالا رنج می‌برند.
کار این تیم تحقیقاتی نه تنها کارایی سیستم‌های تراهرتز را افزایش می‌دهد، بلکه زمینه را برای عصر جدیدی در ارتباطات بی‌سیم فراهم می‌کند. دکتر گائو خاطرنشان کرد: «این نوآوری محرک کلیدی در آزادسازی پتانسیل ارتباطات تراهرتز است.» کاربردهای آن شامل پخش ویدیوی با کیفیت بالا، واقعیت افزوده و شبکه‌های تلفن همراه نسل بعدی مانند 6G است.
راه‌حل‌های سنتی مدیریت قطبش تراهرتز، مانند مبدل‌های حالت متعامد (OMTs) مبتنی بر موجبرهای فلزی مستطیلی، با محدودیت‌های قابل توجهی روبرو هستند. موجبرهای فلزی در فرکانس‌های بالاتر تلفات اهمی بیشتری را تجربه می‌کنند و فرآیندهای تولید آنها به دلیل الزامات هندسی دقیق، پیچیده است.
مالتی‌پلکسرهای قطبش نوری، از جمله آنهایی که از تداخل‌سنج‌های ماخ-زندر یا کریستال‌های فوتونی استفاده می‌کنند، انتگرال‌پذیری بهتر و تلفات کمتری ارائه می‌دهند، اما اغلب نیاز به مصالحه بین پهنای باند، فشردگی و پیچیدگی تولید دارند.
کوپلر‌های جهت‌دار به طور گسترده در سیستم‌های نوری استفاده می‌شوند و برای دستیابی به اندازه جمع و جور و PER بالا به دوشکستی قطبش قوی نیاز دارند. با این حال، آنها به دلیل پهنای باند باریک و حساسیت به تلرانس‌های تولید محدود می‌شوند.
مالتی‌پلکسر جدید مزایای کوپلر جهت‌دار مخروطی و روکش مؤثر واسطه را با هم ترکیب می‌کند و بر این محدودیت‌ها غلبه می‌کند. روکش ناهمسانگرد، انکسار مضاعف قابل توجهی را نشان می‌دهد و PER بالایی را در پهنای باند وسیع تضمین می‌کند. این اصل طراحی، نشان‌دهنده‌ی فاصله گرفتن از روش‌های سنتی است و یک راه‌حل مقیاس‌پذیر و عملی برای ادغام تراهرتز ارائه می‌دهد.
اعتبارسنجی تجربی مالتی‌پلکسر، عملکرد استثنایی آن را تأیید کرد. این دستگاه در محدوده فرکانسی ۲۲۵ تا ۳۳۰ گیگاهرتز به طور مؤثر عمل می‌کند و به پهنای باند کسری ۳۷.۸٪ دست می‌یابد و در عین حال PER بالای ۲۰ دسی‌بل را حفظ می‌کند. اندازه جمع و جور و سازگاری آن با فرآیندهای تولید استاندارد، آن را برای تولید انبوه مناسب می‌سازد.
دکتر گائو اظهار داشت: «این نوآوری نه تنها کارایی سیستم‌های ارتباطی تراهرتز را افزایش می‌دهد، بلکه راه را برای شبکه‌های بی‌سیم پرسرعت قدرتمندتر و قابل اعتمادتر هموار می‌کند.»
کاربردهای بالقوه این فناوری فراتر از سیستم‌های ارتباطی است. با بهبود استفاده از طیف، مالتی‌پلکسر می‌تواند پیشرفت‌هایی را در زمینه‌هایی مانند رادار، تصویربرداری و اینترنت اشیا ایجاد کند. پروفسور ویتایاچومنانکول اظهار داشت: «طی یک دهه، انتظار داریم این فناوری‌های تراهرتز به طور گسترده پذیرفته شده و در صنایع مختلف ادغام شوند.»
این مالتی‌پلکسر همچنین می‌تواند به طور یکپارچه با دستگاه‌های شکل‌دهی پرتو قبلی که توسط این تیم توسعه داده شده‌اند، ادغام شود و قابلیت‌های ارتباطی پیشرفته را در یک پلتفرم یکپارچه امکان‌پذیر سازد. این سازگاری، تطبیق‌پذیری و مقیاس‌پذیری پلتفرم موجبر دی‌الکتریک با پوشش متوسط موثر را برجسته می‌کند.
یافته‌های تحقیقاتی این تیم در مجله Laser & Photonic Reviews منتشر شده است و بر اهمیت آنها در پیشرفت فناوری تراهرتز فوتونیک تأکید دارد. پروفسور فوجیتا اظهار داشت: «با غلبه بر موانع فنی حیاتی، انتظار می‌رود این نوآوری علاقه و فعالیت‌های تحقیقاتی را در این زمینه تحریک کند.»
محققان پیش‌بینی می‌کنند که کارشان الهام‌بخش کاربردهای جدید و پیشرفت‌های تکنولوژیکی بیشتر در سال‌های آینده خواهد بود و در نهایت منجر به نمونه‌های اولیه و محصولات تجاری می‌شود.
این مالتی‌پلکسر گامی مهم در جهت آزادسازی پتانسیل ارتباطات تراهرتز است. این دستگاه با معیارهای عملکرد بی‌سابقه خود، استاندارد جدیدی را برای دستگاه‌های تراهرتز مجتمع تعیین می‌کند.
با افزایش تقاضا برای شبکه‌های ارتباطی پرسرعت و پرظرفیت، چنین نوآوری‌هایی نقش حیاتی در شکل‌دهی آینده فناوری بی‌سیم ایفا خواهند کرد.
زمان ارسال: ۱۶ دسامبر ۲۰۲۴