Зымсыз түзмөктөрдүн популярдуулугунун өсүшү менен маалымат кызматтары тез өнүгүүнүн жаңы мезгилине кирди, ал маалымат кызматтарынын жарылуучу өсүшү деп да аталат. Учурда көптөгөн тиркемелер компьютерлерден реалдуу убакытта алып жүрүүгө жана иштетүүгө оңой болгон уюлдук телефондор сыяктуу зымсыз түзмөктөргө акырындык менен өтүп жатышат, бирок бул жагдай маалымат трафигинин тез өсүшүнө жана өткөрүү жөндөмдүүлүгүнүн ресурстарынын жетишсиздигине алып келди. Статистикага ылайык, рыноктогу маалымат ылдамдыгы кийинки 10-15 жылдын ичинде Гбит/сек же ал тургай Тбит/сек жетиши мүмкүн. Учурда THz байланышы Гбит/сек маалымат ылдамдыгына жетти, ал эми Тбит/сек маалымат ылдамдыгы дагы эле өнүгүүнүн алгачкы баскычында. Тиешелүү макалада THz диапазонуна негизделген Гбит/сек маалымат ылдамдыгындагы акыркы жетишкендиктер келтирилген жана Тбит/сек поляризациялык мультиплекстөө аркылуу алынышы мүмкүн деп болжолдонууда. Ошондуктан, маалыматтарды өткөрүү ылдамдыгын жогорулатуу үчүн, мүмкүн болгон чечим - микротолкундар менен инфракызыл жарыктын ортосундагы "бош аймакта" жайгашкан терагерц диапазону болгон жаңы жыштык тилкесин иштеп чыгуу. 2019-жылы Эл аралык электр байланыш уюмунун (ЭЭБ) Дүйнөлүк радиобайланыш конференциясында (ДЭБ-19) 275-450 ГГц жыштык диапазону стационардык жана кургактыктагы мобилдик кызматтар үчүн колдонулган. Терагерц зымсыз байланыш системалары көптөгөн изилдөөчүлөрдүн көңүлүн бурганын көрүүгө болот.
Терагерц электромагниттик толкундары, адатта, 0,1-10THz (1THz=1012Hz) жыштык тилкеси катары аныкталат, анын толкун узундугу 0,03-3 мм. IEEE стандартына ылайык, терагерц толкундары 0,3-10THz катары аныкталат. 1-сүрөттө терагерц жыштык тилкеси микротолкундар менен инфракызыл жарыктын ортосунда экени көрсөтүлгөн.
1-сүрөт. THz жыштык тилкесинин схемалык диаграммасы.
Терагерц антенналарын иштеп чыгуу
Терагерцтик изилдөөлөр 19-кылымда башталганы менен, ал кезде ал өз алдынча тармак катары изилденген эмес. Терагерцтик нурланууну изилдөө негизинен алыскы инфракызыл диапазонго багытталган. 20-кылымдын ортосунан аягына чейин изилдөөчүлөр миллиметрдик толкун изилдөөлөрүн терагерц диапазонуна чейин жылдырып, атайын терагерц технологиясы боюнча изилдөөлөрдү жүргүзө башташкан эмес.
1980-жылдары терагерц нурлануу булактарынын пайда болушу терагерц толкундарын практикалык системаларда колдонууга мүмкүнчүлүк берди. 21-кылымдан бери зымсыз байланыш технологиясы тездик менен өнүгүп, адамдардын маалыматка болгон суроо-талабы жана байланыш жабдууларынын көбөйүшү байланыш маалыматтарын өткөрүү ылдамдыгына катуу талаптарды койду. Ошондуктан, келечектеги байланыш технологиясынын кыйынчылыктарынын бири - бир жерде секундасына гигабиттин жогорку маалымат ылдамдыгында иштөө. Азыркы экономикалык өнүгүү шартында спектр ресурстары барган сайын азайып баратат. Бирок, байланыш кубаттуулугуна жана ылдамдыгына болгон адамдардын талаптары чексиз. Спектрдин тыгыны көйгөйү үчүн көптөгөн компаниялар мейкиндик мультиплекстөө аркылуу спектрдин натыйжалуулугун жана системанын кубаттуулугун жакшыртуу үчүн көп киргизүүлүү көп чыгаруулуу (MIMO) технологиясын колдонушат. 5G тармактарынын өнүгүшү менен ар бир колдонуучунун маалымат байланышынын ылдамдыгы Гбит/сек ашты, ал эми базалык станциялардын маалымат трафиги да бир кыйла жогорулайт. Салттуу миллиметрдик толкундуу байланыш системалары үчүн микротолкундуу байланыштар бул чоң маалымат агымдарын иштете албайт. Мындан тышкары, көрүү сызыгынын таасиринен улам, инфракызыл байланыштын өткөрүү аралыгы кыска жана анын байланыш жабдууларынын жайгашкан жери туруктуу. Ошондуктан, микротолкундар менен инфракызылдын ортосунда болгон THz толкундары жогорку ылдамдыктагы байланыш системаларын куруу жана THz байланыштарын колдонуу менен маалыматтарды берүү ылдамдыгын жогорулатуу үчүн колдонулушу мүмкүн.
Терагерц толкундары кеңири байланыш өткөрүү жөндөмдүүлүгүн камсыздай алат жана анын жыштык диапазону мобилдик байланышка караганда болжол менен 1000 эсе жогору. Ошондуктан, THzди өтө жогорку ылдамдыктагы зымсыз байланыш системаларын куруу үчүн колдонуу жогорку маалымат ылдамдыгы көйгөйүнө келечектүү чечим болуп саналат, бул көптөгөн изилдөө топторунун жана тармактардын кызыгуусун жаратты. 2017-жылдын сентябрь айында 252-325 ГГц төмөнкү THz жыштык диапазонунда чекиттен чекитке маалымат алмашууну аныктаган биринчи THz зымсыз байланыш стандарты IEEE 802.15.3d-2017 чыгарылган. Байланыштын альтернативдүү физикалык катмары (PHY) ар кандай өткөрүү жөндөмдүүлүктөрүндө 100 Гбит/сек чейин маалымат берүү ылдамдыгына жетише алат.
0,12 ТГц жыштыктагы биринчи ийгиликтүү THz байланыш системасы 2004-жылы түзүлгөн, ал эми 0,3 ТГц жыштыктагы THz байланыш системасы 2013-жылы ишке ашырылган. 1-таблицада 2004-жылдан 2013-жылга чейин Япониядагы терагерц байланыш системаларын изилдөөнүн жетишкендиктери келтирилген.
1-таблица. 2004-жылдан 2013-жылга чейин Япониядагы терагерцтик байланыш системаларын изилдөөнүн жүрүшү
2004-жылы иштелип чыккан байланыш системасынын антенна түзүлүшү 2005-жылы Nippon Telegraph and Phone Corporation (NTT) тарабынан кеңири сүрөттөлгөн. Антеннанын конфигурациясы 2-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, эки учурда киргизилген.
2-сүрөт. Жапониянын NTT 120 ГГц зымсыз байланыш системасынын схемалык диаграммасы
Система фотоэлектрдик конверсияны жана антеннаны бириктирип, эки иштөө режимин кабыл алат:
1. Жакын аралыктагы жабык чөйрөдө, жабык жайда колдонулган тегиз антенна өткөргүч бир линиялуу алып жүрүүчү фотодиоддон (UTC-PD) чиптен, тегиз уячалуу антеннадан жана кремний линзасынан турат, бул 2(а) сүрөттө көрсөтүлгөн.
2. Узак аралыкка ачык аба чөйрөсүндө, чоң өткөрүү жоготууларынын жана детектордун төмөнкү сезгичтигинин таасирин жакшыртуу үчүн, өткөргүч антенна жогорку күчөткүчкө ээ болушу керек. Учурдагы терагерц антеннасы 50 дБиден ашык күчөткүчкө ээ Гаусс оптикалык линзасын колдонот. Берүүчү мүйүздүн жана диэлектрик линзанын айкалышы 2(b) сүрөттө көрсөтүлгөн.
NTT компаниясы 0,12 ТГц байланыш системасын иштеп чыгуудан тышкары, 2012-жылы 0,3 ТГц байланыш системасын да иштеп чыккан. Үзгүлтүксүз оптималдаштыруу аркылуу өткөрүү ылдамдыгы 100 Гбит/сек чейин жетиши мүмкүн. 1-таблицадан көрүнүп тургандай, ал терагерц байланышынын өнүгүшүнө чоң салым кошту. Бирок, учурдагы изилдөө иштеринин төмөнкү иштөө жыштыгы, чоң өлчөмү жана жогорку баасы сыяктуу кемчиликтери бар.
Учурда колдонулуп жаткан терагерц антенналарынын көпчүлүгү миллиметрдик толкундуу антенналардан модификацияланган жана терагерц антенналарында инновациялар аз. Ошондуктан, терагерц байланыш системаларынын иштешин жакшыртуу үчүн терагерц антенналарын оптималдаштыруу маанилүү милдет болуп саналат. 2-таблицада Германиянын THz байланышынын изилдөө прогресси келтирилген. 3-сүрөттө (а) фотоника менен электрониканы айкалыштырган THz зымсыз байланыш системасынын өкүлчүлүктүүлүгү көрсөтүлгөн. 3-сүрөттө (б) аэродинамикалык туннелдин сыноо көрүнүшү көрсөтүлгөн. Германиядагы учурдагы изилдөө кырдаалынан улам, анын изилдөө жана иштеп чыгууларында иштөө жыштыгынын төмөндүгү, жогорку баасы жана натыйжалуулугунун төмөндүгү сыяктуу кемчиликтер да бар.
2-таблица. Германиядагы THz байланышын изилдөөнүн жүрүшү.
3-сүрөт. Аэродинамикалык туннелдерди сыноо көрүнүшү
CSIRO ICT борбору ошондой эле THz имараттын ичиндеги зымсыз байланыш системалары боюнча изилдөөлөрдү баштаган. Борбор 4-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, жыл менен байланыш жыштыгынын ортосундагы байланышты изилдеген. 4-сүрөттөн көрүнүп тургандай, 2020-жылга чейин зымсыз байланыш боюнча изилдөөлөр THz тилкесине багытталган. Радио спектрин колдонуу менен байланыштын максималдуу жыштыгы ар бир жыйырма жыл сайын он эсеге көбөйөт. Борбор THz антенналарына коюлган талаптар боюнча сунуштарды берип, THz байланыш системалары үчүн мүйүздүү жана линзалар сыяктуу салттуу антенналарды сунуштаган. 5-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, эки мүйүздүү антенна тиешелүүлүгүнө жараша 0,84THz жана 1,7THz жыштыкта иштейт, жөнөкөй түзүлүшкө жана жакшы Гаусс нурунун иштешине ээ.
4-сүрөт. Жыл менен жыштыктын ортосундагы байланыш.
RM-BDHA818-20A
RM-DCPHA105145-20
5-сүрөт. Мүйүздүү антенналардын эки түрү
Америка Кошмо Штаттары терагерц толкундарынын эмиссиясы жана аныктоосу боюнча кеңири изилдөөлөрдү жүргүзгөн. Белгилүү терагерц изилдөө лабораторияларына Реактивдүү кыймыл лабораториясы (JPL), Стэнфорд сызыктуу ылдамдаткыч борбору (SLAC), АКШнын Улуттук лабораториясы (LLNL), Улуттук аэронавтика жана космос башкармалыгы (NASA), Улуттук илим фонду (NSF) ж.б. кирет. Терагерц колдонмолору үчүн жаңы терагерц антенналары, мисалы, галстуктуу антенналар жана жыштык нурун башкаруу антенналары иштелип чыккан. Терагерц антенналарынын өнүгүшүнө ылайык, 6-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, азыркы учурда терагерц антенналары үчүн үч негизги дизайн идеясын ала алабыз.
6-сүрөт. Терагерц антенналары үчүн үч негизги дизайн идеясы
Жогорудагы анализ көрсөткөндөй, көптөгөн өлкөлөр терагерцтик антенналарга чоң көңүл бурушса да, ал дагы эле баштапкы изилдөө жана иштеп чыгуу баскычында турат. Таралуунун жогорку жоготуусуна жана молекулярдык сиңирүүгө байланыштуу, THz антенналары, адатта, берүү аралыгы жана камтуусу менен чектелет. Айрым изилдөөлөр THz тилкесиндеги төмөнкү иштөө жыштыктарына багытталган. Терагерцтик антенналардын учурдагы изилдөөлөрү негизинен диэлектрик линзалык антенналарды ж.б. колдонуу менен күчөтүүнү жакшыртууга жана тиешелүү алгоритмдерди колдонуу менен байланыштын натыйжалуулугун жогорулатууга багытталган. Мындан тышкары, терагерцтик антенналардын таңгактоо натыйжалуулугун кантип жогорулатуу дагы абдан актуалдуу маселе болуп саналат.
Жалпы THz антенналары
THz антенналарынын көптөгөн түрлөрү бар: конус сымал көңдөйлөрү бар диполь антенналары, бурчтук чагылдыргыч массивдер, галстук диполдору, диэлектрик линзалуу тегиздик антенналар, THz булагынын нурлануу булактарын түзүү үчүн фотоөткөргүч антенналар, мүйүздүү антенналар, графен материалдарына негизделген THz антенналары ж.б. THz антенналарын жасоодо колдонулган материалдарга ылайык, аларды болжол менен металл антенналар (негизинен мүйүздүү антенналар), диэлектрик антенналар (линзалуу антенналар) жана жаңы материалдык антенналар деп бөлүүгө болот. Бул бөлүмдө алгач бул антенналардын алдын ала анализи берилет, андан кийин кийинки бөлүмдө беш типтүү THz антеннасы деталдуу түрдө тааныштырылып, терең талданат.
1. Металл антенналар
Мүйүздүү антенна – бул THz диапазонунда иштөө үчүн иштелип чыккан типтүү металл антенна. Классикалык миллиметрдик толкун кабыл алгычтын антеннасы конус сымал мүйүздүү антенна. Гофрленген жана кош режимдүү антенналар көптөгөн артыкчылыктарга ээ, анын ичинде айлануучу симметриялуу нурлануу схемалары, 20дан 30 дБге чейинки жогорку күчөтүү жана -30 дБ кайчылаш поляризация деңгээлинин төмөндүгү жана 97%дан 98%га чейинки байланыш натыйжалуулугу. Эки мүйүздүү антеннанын жеткиликтүү өткөрүү жөндөмдүүлүктөрү тиешелүүлүгүнө жараша 30%-40% жана 6%-8% түзөт.
Терагерц толкундарынын жыштыгы өтө жогору болгондуктан, мүйүздүү антеннанын өлчөмү өтө кичинекей, бул мүйүздү иштетүүнү, айрыкча антенна массивдерин долбоорлоодо абдан кыйындатат, ал эми иштетүү технологиясынын татаалдыгы ашыкча чыгымдарга жана өндүрүштүн чектелүү болушуна алып келет. Татаал мүйүздүү конструкциянын түбүн жасоодогу кыйынчылыктан улам, адатта, конус же конус мүйүз түрүндөгү жөнөкөй мүйүздүү антенна колдонулат, бул чыгымдарды жана процесстин татаалдыгын азайтат, ошондой эле антеннанын радиациялык иштешин жакшы сактоого болот.
Дагы бир металл антенна - бул 7-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, кремний пластинасына оюлуп жасалган узунунан көңдөйгө илинген 1,2 микрондук диэлектрикалык пленкага интеграцияланган жана 7-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, кыймылдуу толкун антеннасынан турган кыймылдуу толкун пирамидасы антеннасы. Бул антенна Шоттки диоддору менен шайкеш келген ачык түзүлүш. Салыштырмалуу жөнөкөй түзүлүшүнө жана өндүрүш талаптарынын төмөндүгүнө байланыштуу, аны жалпысынан 0,6 ТГц жогору жыштык тилкелеринде колдонсо болот. Бирок, антеннанын каптал бөлүгүнүн деңгээли жана кайчылаш поляризация деңгээли жогору, бул, балким, анын ачык түзүлүшүнө байланыштуу. Ошондуктан, анын байланыш эффективдүүлүгү салыштырмалуу төмөн (болжол менен 50%).
7-сүрөт Кыймылдуу толкун пирамидалык антенна
2. Диэлектрикалык антенна
Диэлектрикалык антенна диэлектрикалык субстраттын жана антенна радиаторунун айкалышы болуп саналат. Туура долбоорлоо аркылуу диэлектрикалык антенна детектор менен импеданс дал келүүсүнө жетише алат жана жөнөкөй процесс, оңой интеграциялоо жана арзан баанын артыкчылыктарына ээ. Акыркы жылдары изилдөөчүлөр терагерц диэлектрикалык антенналарынын төмөнкү импеданс детекторлоруна дал келе турган бир нече тар тилкелүү жана кең тилкелүү каптал антенналарын иштеп чыгышты: көпөлөк антеннасы, кош U формасындагы антенна, логарифмдик-мезгилдүү антенна жана логарифмдик-мезгилдүү синусоидалдык антенна, 8-сүрөттө көрсөтүлгөндөй. Мындан тышкары, генетикалык алгоритмдер аркылуу татаалыраак антенна геометрияларын иштеп чыгууга болот.
8-сүрөт. Тегиздик антенналардын төрт түрү
Бирок, диэлектрикалык антенна диэлектрикалык субстрат менен айкалышкандыктан, жыштык THz тилкесине умтулганда беттик толкун эффектиси пайда болот. Бул өлүмгө алып келүүчү кемчилик антеннанын иштөө учурунда көп энергия жоготуусуна алып келет жана антеннанын нурлануу эффективдүүлүгүнүн олуттуу төмөндөшүнө алып келет. 9-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, антеннанын нурлануу бурчу кесүү бурчунан чоң болгондо, анын энергиясы диэлектрикалык субстратта чектелип, субстрат режими менен байланышат.
9-сүрөт. Антеннанын бетиндеги толкун эффектиси
Субстраттын калыңдыгы жогорулаган сайын, жогорку тартиптеги режимдердин саны көбөйөт жана антенна менен субстраттын ортосундагы байланыш көбөйөт, бул энергиянын жоголушуна алып келет. Беттик толкун эффектин алсыратуу үчүн үч оптималдаштыруу схемасы бар:
1) Электромагниттик толкундардын нур түзүү мүнөздөмөлөрүн колдонуу менен күчөтүүнү көбөйтүү үчүн антеннага линзаны жүктөңүз.
2) Электромагниттик толкундардын жогорку тартиптеги режимдеринин пайда болушун басуу үчүн субстраттын калыңдыгын азайтыңыз.
3) Субстраттын диэлектрикалык материалын электромагниттик тилке аралыгы (ЭТЗ) менен алмаштырыңыз. ЭТЗнын мейкиндик чыпкалоо мүнөздөмөлөрү жогорку тартиптеги режимдерди басаңдата алат.
3. Жаңы материалдык антенналар
Жогорудагы эки антеннадан тышкары, жаңы материалдардан жасалган терагерц антеннасы да бар. Мисалы, 2006-жылы Цзинь Хао жана башкалар көмүртек нанотүтүкчөлүү диполь антеннасын сунушташкан. 10-сүрөттүн (а) бөлүгүндө көрсөтүлгөндөй, диполь металл материалдарынын ордуна көмүртек нанотүтүкчөлөрүнөн жасалган. Ал көмүртек нанотүтүкчөлүү диполь антеннасынын инфракызыл жана оптикалык касиеттерин кылдат изилдеп, чектүү узундуктагы көмүртек нанотүтүкчөлүү диполь антеннасынын жалпы мүнөздөмөлөрүн, мисалы, киргизүү импедансы, токтун бөлүштүрүлүшү, күчөтүү, эффективдүүлүк жана нурлануу схемасын талкуулаган. 10-сүрөттүн (б) бөлүгүндө көмүртек нанотүтүкчөлүү диполь антеннасынын киргизүү импедансы менен жыштыгынын ортосундагы байланыш көрсөтүлгөн. 10-сүрөттүн (б) бөлүгүндө көрүнүп тургандай, киргизүү импедансынын элестүү бөлүгү жогорку жыштыктарда бир нече нөлгө ээ. Бул антенна ар кандай жыштыктарда бир нече резонанстарга жетише аларын көрсөтүп турат. Албетте, көмүртек нанотүтүкчөлүү антенна белгилүү бир жыштык диапазонунда (төмөнкү THz жыштыктарында) резонанс көрсөтөт, бирок бул диапазондон тышкары толугу менен резонанс жарата албайт.
10-сүрөт (а) Көмүртек нанотүтүкчөлүү диполь антеннасы. (b) Киргизүү импеданс-жыштык ийри сызыгы
2012-жылы Самир Ф. Махмуд жана Айед Р. Аль-Ажми көмүртек нанотүтүкчөлөрүнө негизделген жаңы терагерц антенна түзүлүшүн сунушташкан, ал эки диэлектрик катмарга оролгон көмүртек нанотүтүкчөлөрүнүн түйүнүнөн турат. Ички диэлектрик катмары диэлектрик көбүк катмары, ал эми сырткы диэлектрик катмары метаматериалдык катмар. Өзгөчө түзүлүшү 11-сүрөттө көрсөтүлгөн. Сыноо аркылуу антеннанын нурлануу көрсөткүчтөрү бир дубалдуу көмүртек нанотүтүкчөлөрүнө салыштырмалуу жакшыртылды.
11-сүрөт. Көмүртек нанотүтүкчөлөрүнө негизделген жаңы терагерцтик антенна.
Жогоруда сунушталган жаңы материалдык терагерц антенналары негизинен үч өлчөмдүү. Антеннанын өткөрүү жөндөмдүүлүгүн жакшыртуу жана конформдук антенналарды жасоо үчүн, тегиз графен антенналары кеңири көңүл бурууга ээ болду. Графен эң сонун динамикалык үзгүлтүксүз башкаруу мүнөздөмөлөрүнө ээ жана кыйшайган чыңалууну жөнгө салуу менен беттик плазманы пайда кыла алат. Беттик плазма оң диэлектрикалык туруктуу субстраттар (мисалы, Si, SiO2 ж.б.) жана терс диэлектрикалык туруктуу субстраттар (мисалы, баалуу металлдар, графен ж.б.) ортосундагы интерфейсте бар. Баалуу металлдар жана графен сыяктуу өткөргүчтөрдө көп сандаган "эркин электрондор" бар. Бул эркин электрондор плазма деп да аталат. Өткөргүчтөгү потенциалдык талаанын айынан бул плазмалар туруктуу абалда болот жана тышкы дүйнө тарабынан бузулбайт. Түшкөн электромагниттик толкун энергиясы бул плазмаларга туташканда, плазмалар туруктуу абалдан четтеп, титирешет. Конверсиядан кийин электромагниттик режим интерфейсте туурасынан кеткен магниттик толкун пайда кылат. Дрю модели боюнча металл беттик плазмасынын дисперсия байланышынын сүрөттөмөсүнө ылайык, металлдар бош мейкиндикте электромагниттик толкундар менен табигый түрдө туташып, энергияны конвертациялай албайт. Беттик плазма толкундарын козгоо үчүн башка материалдарды колдонуу зарыл. Беттик плазма толкундары металл-субстрат интерфейсинин параллелдүү багытында тездик менен жок болот. Металл өткөргүч бетке перпендикуляр багытта өткөргөндө, кабык эффектиси пайда болот. Албетте, антеннанын кичинекей өлчөмүнөн улам жогорку жыштык тилкесинде кабык эффектиси пайда болот, бул антеннанын иштешинин кескин төмөндөшүнө алып келет жана терагерц антенналарынын талаптарына жооп бере албайт. Графендин беттик плазмону жогорку байланыш күчү жана төмөнкү жоготууларга ээ гана болбостон, үзгүлтүксүз электрдик жөнгө салууну да колдойт. Мындан тышкары, графен терагерц тилкесинде татаал өткөрүмдүүлүккө ээ. Ошондуктан, жай толкундун таралышы терагерц жыштыктарындагы плазма режимине байланыштуу. Бул мүнөздөмөлөр графендин терагерц тилкесиндеги металл материалдарды алмаштыруу мүмкүнчүлүгүн толук көрсөтөт.
Графен бетиндеги плазмондордун поляризация жүрүм-турумуна негизделген 12-сүрөттө тилкелүү антеннанын жаңы түрү көрсөтүлгөн жана графендеги плазмалык толкундардын таралуу мүнөздөмөлөрүнүн тилке формасы сунушталган. Жөнгө салынуучу антенна тилкесинин дизайны жаңы материалдык терагерц антенналарынын таралуу мүнөздөмөлөрүн изилдөөнүн жаңы жолун камсыз кылат.
12-сүрөт Жаңы тилкелүү антенна
Жаңы материалдык терагерц антенна элементтерин изилдөөдөн тышкары, графен нанопатч терагерц антенналарын терагерц көп кирүүчү көп чыгыштуу антенна байланыш системаларын куруу үчүн массивдер катары да иштеп чыгууга болот. Антеннанын түзүлүшү 13-сүрөттө көрсөтүлгөн. Графен нанопатч антенналарынын уникалдуу касиеттерине негизделген антенна элементтеринин өлчөмдөрү микрон масштабында. Химиялык буу чөктүрүү ар кандай графен сүрөттөрүн жука никель катмарында түздөн-түз синтездейт жана аларды каалаган субстратка өткөрөт. Тийиштүү сандагы компоненттерди тандоо жана электростатикалык кыйшайуу чыңалуусун өзгөртүү менен нурлануунун багытын натыйжалуу өзгөртүүгө болот, бул системаны кайра конфигурациялоого мүмкүндүк берет.
13-сүрөт. Графен нанопатч терагерц антенна массиви
Жаңы материалдарды изилдөө салыштырмалуу жаңы багыт болуп саналат. Материалдарды инновациялоо салттуу антенналардын чектөөлөрүн жеңип, кайра конфигурациялануучу метаматериалдар, эки өлчөмдүү (2D) материалдар ж.б. сыяктуу ар кандай жаңы антенналарды иштеп чыгат деп күтүлүүдө. Бирок, бул типтеги антенна негизинен жаңы материалдардын инновациясына жана технологиялык процесстердин өнүгүшүнө көз каранды. Кандай болгон күндө да, терагерц антенналарын иштеп чыгуу үчүн терагерц антенналарынын жогорку күчөтүү, арзан баа жана кең өткөрүү жөндөмдүүлүгү талаптарына жооп берүү үчүн инновациялык материалдарды, так иштетүү технологиясын жана жаңы дизайн структураларын талап кылат.
Төмөндө терагерц антенналарынын үч түрүнүн: металл антенналардын, диэлектрик антенналардын жана жаңы материалдык антенналардын негизги принциптери тааныштырылат жана алардын айырмачылыктары, артыкчылыктары жана кемчиликтери талданат.
1. Металл антенна: Геометриясы жөнөкөй, иштетүүгө оңой, салыштырмалуу арзан жана субстрат материалдарына талаптар аз. Бирок, металл антенналар антеннанын абалын тууралоо үчүн механикалык ыкманы колдонушат, бул ката кетирүүгө жакын. Эгерде туура эмес жөнгө салуу болсо, антеннанын иштеши бир топ төмөндөйт. Металл антеннанын өлчөмү кичинекей болгону менен, аны тегиз схема менен чогултуу кыйын.
2. Диэлектрикалык антенна: Диэлектрикалык антеннанын киргизүү импедансы төмөн, аны төмөнкү импеданс детектору менен дал келтирүү оңой жана тегиздик схема менен туташтыруу салыштырмалуу жөнөкөй. Диэлектрикалык антенналардын геометриялык формаларына көпөлөк формасы, кош U формасы, кадимки логарифмдик форма жана логарифмдик мезгилдүү синус формасы кирет. Бирок, диэлектрикалык антенналардын дагы бир кемчилиги бар, тактап айтканда, калың субстраттан келип чыккан беттик толкун эффектиси. Чечим линзаны жүктөөнү жана диэлектрикалык субстратты EBG структурасы менен алмаштырууну камтыйт. Эки чечим тең технологиялык процесстерди жана материалдарды инновациялоону жана үзгүлтүксүз өркүндөтүүнү талап кылат, бирок алардын эң сонун иштеши (мисалы, көп багыттуу жана беттик толкундарды басуу) терагерц антенналарын изилдөө үчүн жаңы идеяларды бере алат.
3. Жаңы материалдык антенналар: Учурда көмүртек нанотүтүкчөлөрүнөн жасалган жаңы дипольдук антенналар жана метаматериалдардан жасалган жаңы антенна структуралары пайда болду. Жаңы материалдар жаңы өндүрүмдүүлүк жетишкендиктерин алып келиши мүмкүн, бирок негизги шарт материал таануудагы инновация болуп саналат. Учурда жаңы материалдык антенналар боюнча изилдөөлөр дагы эле изилдөө этабында жана көптөгөн негизги технологиялар жетиштүү деңгээлде жетилген эмес.
Кыскасы, долбоорлоо талаптарына ылайык ар кандай терагерцтик антенналарды тандоого болот:
1) Эгерде жөнөкөй дизайн жана аз өндүрүш баасы талап кылынса, металл антенналарды тандаса болот.
2) Эгерде жогорку интеграция жана төмөнкү киргизүү импедансы талап кылынса, диэлектрик антенналарды тандоого болот.
3) Эгерде иштин натыйжалуулугун жогорулатуу талап кылынса, жаңы материалдык антенналарды тандоого болот.
Жогорудагы конструкцияларды белгилүү бир талаптарга ылайыкташтырууга болот. Мисалы, көбүрөөк артыкчылыктарга ээ болуу үчүн эки типтеги антенналарды бириктирүүгө болот, бирок чогултуу ыкмасы жана долбоорлоо технологиясы катуу талаптарга жооп бериши керек.
Антенналар жөнүндө көбүрөөк маалымат алуу үчүн, төмөнкү дарекке кириңиз:
Жарыяланган убактысы: 2024-жылдын 2-августу
