Bil-popolarità dejjem tikber ta 'apparati mingħajr fili, is-servizzi tad-dejta daħlu f'perjodu ġdid ta' żvilupp mgħaġġel, magħruf ukoll bħala t-tkabbir splussiv tas-servizzi tad-dejta. Fil-preżent, numru kbir ta 'applikazzjonijiet qed jemigraw gradwalment minn kompjuters għal apparati mingħajr fili bħal telefowns ċellulari li huma faċli biex jinġarru u joperaw f'ħin reali, iżda din is-sitwazzjoni wasslet ukoll għal żieda mgħaġġla fit-traffiku tad-dejta u nuqqas ta' riżorsi tal-bandwidth. . Skont l-istatistika, ir-rata tad-dejta fis-suq tista 'tilħaq Gbps jew saħansitra Tbps fl-10 sa 15-il sena li ġejjin. Fil-preżent, il-komunikazzjoni THz laħqet rata tad-dejta Gbps, filwaqt li r-rata tad-dejta Tbps għadha fl-istadji bikrija tal-iżvilupp. Dokument relatat jelenka l-aħħar progress fir-rati tad-dejta Gbps ibbażati fuq il-medda THz u jbassar li Tbps jista 'jinkiseb permezz ta' multiplexing tal-polarizzazzjoni. Għalhekk, biex tiżdied ir-rata tat-trażmissjoni tad-dejta, soluzzjoni fattibbli hija li tiġi żviluppata medda ta 'frekwenza ġdida, li hija l-medda terahertz, li tinsab fiż- "żona vojta" bejn microwaves u dawl infra-aħmar. Fil-Konferenza Dinjija tar-Radjukomunikazzjoni tal-ITU (WRC-19) fl-2019, il-firxa tal-frekwenza ta '275-450GHz intużat għal servizzi fissi u mobbli fuq l-art. Wieħed jista 'jara li s-sistemi ta' komunikazzjoni bla fili terahertz ġibdu l-attenzjoni ta 'ħafna riċerkaturi.
Il-mewġ elettromanjetiku Terahertz huwa ġeneralment definit bħala l-medda ta 'frekwenza ta' 0.1-10THz (1THz=1012Hz) b'tul ta 'mewġ ta' 0.03-3 mm. Skont l-istandard IEEE, il-mewġ terahertz huwa definit bħala 0.3-10THz. Il-Figura 1 turi li l-medda ta 'frekwenza tat-terahertz hija bejn microwaves u dawl infra-aħmar.
Fig. 1 Dijagramma skematika tal-medda ta' frekwenza THz.
Żvilupp ta' Antenni Terahertz
Għalkemm ir-riċerka tat-terahertz bdiet fis-seklu 19, ma kinitx studjata bħala qasam indipendenti f'dak iż-żmien. Ir-riċerka dwar ir-radjazzjoni tat-terahertz kienet iffukata prinċipalment fuq il-faxxa tal-infra-aħmar imbiegħed. Kien biss nofs is-seklu 20 tard li r-riċerkaturi bdew javvanzaw ir-riċerka tal-mewġ millimetriku għall-medda tat-terahertz u jwettqu riċerka speċjalizzata dwar it-teknoloġija tat-terahertz.
Fis-snin 80, l-emerġenza ta 'sorsi ta' radjazzjoni terahertz għamlet l-applikazzjoni ta 'mewġ terahertz f'sistemi prattiċi possibbli. Mis-seklu 21, it-teknoloġija tal-komunikazzjoni mingħajr fili żviluppat malajr, u d-domanda tan-nies għall-informazzjoni u ż-żieda fit-tagħmir tal-komunikazzjoni ressqu rekwiżiti aktar stretti dwar ir-rata ta 'trażmissjoni tad-dejta tal-komunikazzjoni. Għalhekk, waħda mill-isfidi tat-teknoloġija tal-komunikazzjoni futura hija li topera b'rata ta 'dejta għolja ta' gigabits kull sekonda f'post wieħed. Taħt l-iżvilupp ekonomiku attwali, ir-riżorsi tal-ispettru saru dejjem aktar skarsi. Madankollu, ir-rekwiżiti umani għall-kapaċità u l-veloċità tal-komunikazzjoni huma bla tmiem. Għall-problema tal-konġestjoni tal-ispettru, ħafna kumpaniji jużaw teknoloġija multiplu-input multiplu-output (MIMO) biex itejbu l-effiċjenza tal-ispettru u l-kapaċità tas-sistema permezz ta 'multiplexing spazjali. Bl-avvanz tan-netwerks 5G, il-veloċità tal-konnessjoni tad-dejta ta 'kull utent se taqbeż il-Gbps, u t-traffiku tad-dejta tal-istazzjonijiet bażi se jiżdied ukoll b'mod sinifikanti. Għal sistemi ta 'komunikazzjoni tradizzjonali ta' mewġ millimetriku, links microwave mhux se jkunu jistgħu jimmaniġġjaw dawn il-flussi ta 'dejta enormi. Barra minn hekk, minħabba l-influwenza tal-linja tal-vista, id-distanza tat-trażmissjoni tal-komunikazzjoni infra-aħmar hija qasira u l-post tat-tagħmir tal-komunikazzjoni tiegħu huwa ffissat. Għalhekk, il-mewġ THz, li huma bejn microwaves u infra-aħmar, jistgħu jintużaw biex jinbnew sistemi ta 'komunikazzjoni b'veloċità għolja u jżidu r-rati ta' trażmissjoni tad-dejta billi jużaw links THz.
Il-mewġ Terahertz jista 'jipprovdi bandwidth ta' komunikazzjoni usa ', u l-firxa tal-frekwenza tagħha hija madwar 1000 darba dik tal-komunikazzjonijiet mobbli. Għalhekk, l-użu ta 'THz biex jinbnew sistemi ta' komunikazzjoni mingħajr fili ta 'veloċità ultra-għolja hija soluzzjoni promettenti għall-isfida ta' rati ta 'dejta għolja, li ġibdet l-interess ta' ħafna timijiet ta 'riċerka u industriji. F'Settembru 2017, ġie rilaxxat l-ewwel standard ta 'komunikazzjoni mingħajr fili THz IEEE 802.15.3d-2017, li jiddefinixxi l-iskambju tad-dejta minn punt għal punt fil-medda ta' frekwenza THz aktar baxxa ta '252-325 GHz. Is-saff fiżiku alternattiv (PHY) tal-link jista 'jikseb rati ta' dejta sa 100 Gbps f'wisgħat ta 'frekwenza differenti.
L-ewwel sistema ta 'komunikazzjoni THz b'suċċess ta' 0.12 THz ġiet stabbilita fl-2004, u s-sistema ta 'komunikazzjoni THz ta' 0.3 THz ġiet realizzata fl-2013. Tabella 1 telenka l-progress tar-riċerka tas-sistemi ta 'komunikazzjoni terahertz fil-Ġappun mill-2004 sal-2013.
Tabella 1 Progress tar-riċerka tas-sistemi tal-komunikazzjoni tat-terahertz fil-Ġappun mill-2004 sal-2013
L-istruttura tal-antenna ta 'sistema ta' komunikazzjoni żviluppata fl-2004 ġiet deskritta fid-dettall minn Nippon Telegraph and Telephone Corporation (NTT) fl-2005. Il-konfigurazzjoni tal-antenna ġiet introdotta f'żewġ każijiet, kif muri fil-Figura 2.
Figura 2 Dijagramma skematika tas-sistema ta 'komunikazzjoni mingħajr fili NTT 120 GHz tal-Ġappun
Is-sistema tintegra konverżjoni fotoelettrika u antenna u tadotta żewġ modi ta 'ħidma:
1. F'ambjent ta 'ġewwa ta' firxa qrib, it-trasmettitur ta 'l-antenna planari użat ġewwa jikkonsisti f'ċippa ta' fotodiode ta 'trasportatur ta' linja waħda (UTC-PD), antenna ta 'slot planari u lenti tas-silikon, kif muri fil-Figura 2(a).
2. F'ambjent ta 'barra fit-tul, sabiex tittejjeb l-influwenza ta' telf kbir ta 'trażmissjoni u sensittività baxxa tad-ditekter, l-antenna tat-trasmettitur għandu jkollha qligħ għoli. L-antenna tat-terahertz eżistenti tuża lenti ottika Gaussian b'qligħ ta 'aktar minn 50 dBi. Il-ħorn tal-għalf u l-kombinazzjoni tal-lenti dielettrika hija murija fil-Figura 2(b).
Minbarra l-iżvilupp ta 'sistema ta' komunikazzjoni ta '0.12 THz, NTT żviluppa wkoll sistema ta' komunikazzjoni ta '0.3THz fl-2012. Permezz ta' ottimizzazzjoni kontinwa, ir-rata ta 'trażmissjoni tista' tkun għolja daqs 100Gbps. Kif jidher mit-Tabella 1, tat kontribut kbir għall-iżvilupp tal-komunikazzjoni tat-terahertz. Madankollu, ix-xogħol ta 'riċerka attwali għandu l-iżvantaġġi ta' frekwenza operattiva baxxa, daqs kbir u spiża għolja.
Ħafna mill-antenni tat-terahertz użati bħalissa huma modifikati minn antenni tal-mewġ millimetriku, u ftit hemm innovazzjoni fl-antenni tat-terahertz. Għalhekk, sabiex tittejjeb il-prestazzjoni tas-sistemi ta 'komunikazzjoni terahertz, kompitu importanti huwa li jiġu ottimizzati l-antenni terahertz. Tabella 2 telenka l-progress tar-riċerka tal-komunikazzjoni Ġermaniża THz. Figura 3 (a) turi sistema ta 'komunikazzjoni mingħajr fili THz rappreżentattiva li tgħaqqad fotonika u elettronika. Figura 3 (b) turi x-xena tat-test tal-mina tar-riħ. Meta wieħed jiġġudika mis-sitwazzjoni attwali tar-riċerka fil-Ġermanja, ir-riċerka u l-iżvilupp tagħha għandha wkoll żvantaġġi bħal frekwenza operattiva baxxa, spiża għolja u effiċjenza baxxa.
Tabella 2 Progress tar-riċerka tal-komunikazzjoni THz fil-Ġermanja
Figura 3 Xena tat-test tal-mina tar-riħ
Iċ-Ċentru CSIRO ICT beda wkoll riċerka dwar is-sistemi ta 'komunikazzjoni mingħajr fili ta' ġewwa THz. Iċ-ċentru studja r-relazzjoni bejn is-sena u l-frekwenza tal-komunikazzjoni, kif muri fil-Figura 4. Kif jidher mill-Figura 4, sal-2020, ir-riċerka dwar il-komunikazzjonijiet mingħajr fili għandha tendenza għall-medda THz. Il-frekwenza massima tal-komunikazzjoni bl-użu tal-ispettru tar-radju tiżdied madwar għaxar darbiet kull għoxrin sena. Iċ-ċentru għamel rakkomandazzjonijiet dwar ir-rekwiżiti għall-antenni THz u ppropona antenni tradizzjonali bħal qrun u lentijiet għal sistemi ta 'komunikazzjoni THz. Kif muri fil-Figura 5, żewġ antenni tal-qrun jaħdmu f'0.84THz u 1.7THz rispettivament, bi struttura sempliċi u prestazzjoni tajba tar-raġġ Gaussian.
Figura 4 Relazzjoni bejn is-sena u l-frekwenza
RM-BDHA818-20A
RM-DCPHA105145-20
Figura 5 Żewġ tipi ta' antenni tal-ħorn
L-Istati Uniti wettqet riċerka estensiva dwar l-emissjoni u l-iskoperta ta 'mewġ terahertz. Laboratorji famużi tar-riċerka tat-terahertz jinkludu l-Laboratorju tal-Propulsjoni Ġett (JPL), iċ-Ċentru tal-Aċċeleratur Lineari Stanford (SLAC), il-Laboratorju Nazzjonali tal-Istati Uniti (LLNL), l-Amministrazzjoni Nazzjonali tal-Aeronawtika u l-Ispazju (NASA), il-Fondazzjoni Nazzjonali tax-Xjenza (NSF), eċċ. Ġew iddisinjati antenni ġodda tat-terahertz għall-applikazzjonijiet tat-terahertz, bħal antenni tal-bowtie u antenni tal-isteering tar-raġġ tal-frekwenza. Skont l-iżvilupp ta 'antenni terahertz, nistgħu niksbu tliet ideat bażiċi ta' disinn għal antenni terahertz fil-preżent, kif muri fil-Figura 6.
Figura 6 Tliet ideat bażiċi tad-disinn għall-antenni terahertz
L-analiżi ta 'hawn fuq turi li għalkemm ħafna pajjiżi taw attenzjoni kbira lill-antenni tat-terahertz, għadu fl-istadju inizjali ta' esplorazzjoni u żvilupp. Minħabba telf għoli ta 'propagazzjoni u assorbiment molekulari, l-antenni THz huma ġeneralment limitati mid-distanza tat-trażmissjoni u l-kopertura. Xi studji jiffokaw fuq frekwenzi operattivi aktar baxxi fil-medda THz. Ir-riċerka eżistenti dwar l-antenna terahertz tiffoka prinċipalment fuq it-titjib tal-qligħ billi tuża antenni tal-lenti dielettriċi, eċċ., u ttejjeb l-effiċjenza tal-komunikazzjoni billi tuża algoritmi xierqa. Barra minn hekk, kif tittejjeb l-effiċjenza tal-ippakkjar tal-antenna terahertz hija wkoll kwistjoni urġenti ħafna.
Antenni ġenerali THz
Hemm ħafna tipi ta 'antenni THz disponibbli: antenni dipol b'kavitajiet konikali, matriċi ta' rifletturi tal-kantunieri, dipoli bowtie, antenni planari ta 'lenti dielettriċi, antenni fotokonduttivi għall-ġenerazzjoni ta' sorsi ta 'radjazzjoni tas-sors THz, antenni tal-qrun, antenni THz ibbażati fuq materjali tal-grafene, eċċ. il-materjali użati biex isiru antenni THz, jistgħu jinqasmu bejn wieħed u ieħor f'antenni tal-metall (prinċipalment antenni tal-ħorn), antenni dielettriċi (antenni tal-lenti), u antenni materjali ġodda. Din it-taqsima l-ewwel tagħti analiżi preliminari ta 'dawn l-antenni, u mbagħad fit-taqsima li jmiss, ħames antenni THz tipiċi huma introdotti fid-dettall u analizzati fil-fond.
1. Antenni tal-metall
L-antenna tal-ħorn hija antenna tal-metall tipika li hija mfassla biex taħdem fil-medda THz. L-antenna ta 'riċevitur klassiku tal-mewġ millimetriku hija ħorn koniku. L-antenni korrugati u b'mod doppju għandhom ħafna vantaġġi, inklużi mudelli ta 'radjazzjoni b'mod simetriku b'rotazzjoni, qligħ għoli ta' 20 sa 30 dBi u livell baxx ta 'polarizzazzjoni inkroċjata ta' -30 dB, u effiċjenza tal-igganċjar ta '97% sa 98%. Il-bandwidths disponibbli taż-żewġ antenni tal-ħorn huma 30% -40% u 6% -8%, rispettivament.
Peress li l-frekwenza tal-mewġ terahertz hija għolja ħafna, id-daqs tal-antenna tal-ħorn huwa żgħir ħafna, li jagħmel l-ipproċessar tal-ħorn diffiċli ħafna, speċjalment fid-disinn ta 'arrays tal-antenna, u l-kumplessità tat-teknoloġija tal-ipproċessar twassal għal spiża eċċessiva u produzzjoni limitata. Minħabba d-diffikultà fil-manifattura tal-qiegħ tad-disinn kumpless tal-ħorn, normalment tintuża antenna tal-ħorn sempliċi fil-forma ta 'ħorn koniku jew koniku, li tista' tnaqqas l-ispiża u l-kumplessità tal-proċess, u l-prestazzjoni tar-radjazzjoni tal-antenna tista 'tinżamm sew.
Antenna oħra tal-metall hija antenna piramida tal-mewġ li jivvjaġġa, li tikkonsisti f'antenna tal-mewġ li jivvjaġġa integrata fuq film dielettriku ta '1.2 mikron u sospiża f'kavità lonġitudinali nċiżi fuq wejfer tas-silikon, kif muri fil-Figura 7. Din l-antenna hija struttura miftuħa li hija kompatibbli mad-dijodi Schottky. Minħabba l-istruttura relattivament sempliċi tagħha u r-rekwiżiti baxxi tal-manifattura, ġeneralment tista 'tintuża f'meded ta' frekwenza 'l fuq minn 0.6 THz. Madankollu, il-livell sidelobe u l-livell ta 'polarizzazzjoni inkroċjata ta' l-antenna huma għoljin, probabbilment minħabba l-istruttura miftuħa tagħha. Għalhekk, l-effiċjenza tal-igganċjar tagħha hija relattivament baxxa (madwar 50%).
Figura 7 Antenna piramidali tal-mewġ li jivvjaġġa
2. Antenna dielettrika
L-antenna dielettrika hija taħlita ta 'sottostrat dielettriku u radjatur ta' l-antenna. Permezz ta 'disinn xieraq, l-antenna dielettrika tista' tikseb tqabbil ta 'impedenza mad-ditekter, u għandha l-vantaġġi ta' proċess sempliċi, integrazzjoni faċli u spiża baxxa. F'dawn l-aħħar snin, ir-riċerkaturi fasslu diversi antenni narrowband u broadband side-fire li jistgħu jaqblu mad-ditekters ta 'impedenza baxxa ta' antenni dielettriċi terahertz: antenna farfett, antenna doppja f'forma ta 'U, antenna log-perijodika, u antenna sinusojdali log-periodic, kif murija fil-Figura 8. Barra minn hekk, ġeometriji tal-antenna aktar kumplessi jistgħu jiġu ddisinjati permezz ta 'algoritmi ġenetiċi.
Figura 8 Erba 'tipi ta' antenni planari
Madankollu, peress li l-antenna dielettrika hija kkombinata ma 'sottostrat dielettriku, se jseħħ effett tal-mewġ tal-wiċċ meta l-frekwenza għandha tendenza għall-medda THz. Dan l-iżvantaġġ fatali jikkawża li l-antenna titlef ħafna enerġija waqt it-tħaddim u twassal għal tnaqqis sinifikanti fl-effiċjenza tar-radjazzjoni tal-antenna. Kif muri fil-Figura 9, meta l-angolu tar-radjazzjoni tal-antenna huwa akbar mill-angolu tal-qtugħ, l-enerġija tagħha hija limitata fis-sottostrat dielettriku u flimkien mal-modalità tas-sottostrat.
Figura 9 Effett tal-mewġ tal-wiċċ tal-antenna
Hekk kif il-ħxuna tas-sottostrat tiżdied, in-numru ta 'modi ta' ordni għolja jiżdied, u l-akkoppjar bejn l-antenna u s-sottostrat jiżdied, li jirriżulta f'telf ta 'enerġija. Sabiex idgħajjef l-effett tal-mewġ tal-wiċċ, hemm tliet skemi ta 'ottimizzazzjoni:
1) Tagħbija lenti fuq l-antenna biex iżżid il-qligħ billi tuża l-karatteristiċi ta 'beamforming ta' mewġ elettromanjetiku.
2) Naqqas il-ħxuna tas-sottostrat biex irażżan il-ġenerazzjoni ta 'modi ta' ordni għolja ta 'mewġ elettromanjetiku.
3) Ibdel il-materjal dielettriku tas-sottostrat b'faxxa elettromanjetika (EBG). Il-karatteristiċi ta 'filtrazzjoni spazjali ta' EBG jistgħu jrażżnu modi ta 'ordni għolja.
3. Antenni materjali ġodda
Minbarra ż-żewġ antenni ta 'hawn fuq, hemm ukoll antenna terahertz magħmula minn materjali ġodda. Pereżempju, fl-2006, Jin Hao et al. ippropona antenna dipol nanotubu tal-karbonju. Kif muri fil-Figura 10 (a), id-dipol huwa magħmul minn nanotubi tal-karbonju minflok materjali tal-metall. Studja bir-reqqa l-proprjetajiet infra-aħmar u ottiċi tal-antenna tad-dipol tan-nanotubu tal-karbonju u ddiskuta l-karatteristiċi ġenerali tal-antenna tad-dipol tan-nanotube tal-karbonju ta 'tul finit, bħal impedenza tad-dħul, distribuzzjoni tal-kurrent, qligħ, effiċjenza u mudell ta' radjazzjoni. Figura 10 (b) turi r-relazzjoni bejn l-impedenza tad-dħul u l-frekwenza tal-antenna tad-dipol tan-nanotubu tal-karbonju. Kif jidher fil-Figura 10(b), il-parti immaġinarja tal-impedenza tad-dħul għandha żerijiet multipli fi frekwenzi ogħla. Dan jindika li l-antenna tista 'tikseb reżonanza multipli fi frekwenzi differenti. Ovvjament, l-antenna tan-nanotubu tal-karbonju turi reżonanza f'ċerta firxa ta 'frekwenza (frekwenzi THz aktar baxxi), iżda hija kompletament inkapaċi li tirreżonaw barra din il-medda.
Figura 10 (a) Antenna dipol nanotubu tal-karbonju. (b) Kurva impedenza-frekwenza tad-dħul
Fl-2012, Samir F. Mahmoud u Ayed R. AlAjmi pproponew struttura ġdida ta 'antenna terahertz ibbażata fuq nanotubi tal-karbonju, li tikkonsisti f'gozz ta' nanotubi tal-karbonju mgeżwra f'żewġ saffi dielettriċi. Is-saff dielettriku ta 'ġewwa huwa saff ta' fowm dielettriku, u s-saff dielettriku ta 'barra huwa saff ta' metamaterjal. L-istruttura speċifika hija murija fil-Figura 11. Permezz tal-ittestjar, il-prestazzjoni tar-radjazzjoni tal-antenna ġiet imtejba meta mqabbla man-nanotubi tal-karbonju b'ħitan wieħed.
Figura 11 Antenna ġdida tat-terahertz ibbażata fuq nanotubi tal-karbonju
L-antenni terahertz materjali ġodda proposti hawn fuq huma prinċipalment tridimensjonali. Sabiex tittejjeb il-bandwidth tal-antenna u tagħmel antenni konformi, l-antenni tal-grafene planari rċevew attenzjoni mifruxa. Il-grafene għandu karatteristiċi ta 'kontroll kontinwu dinamiku eċċellenti u jista' jiġġenera plażma tal-wiċċ billi jaġġusta l-vultaġġ tal-preġudizzju. Plażma tal-wiċċ teżisti fuq l-interface bejn sottostrati kostanti dielettriċi pożittivi (bħal Si, SiO2, eċċ.) u substrati kostanti dielettriċi negattivi (bħal metalli prezzjużi, grafen, eċċ.). Hemm numru kbir ta '"elettroni ħielsa" f'kondutturi bħal metalli prezzjużi u graphene. Dawn l-elettroni ħielsa jissejħu wkoll plasmas. Minħabba l-kamp potenzjali inerenti fil-konduttur, dawn il-plażmi huma fi stat stabbli u mhumiex disturbati mid-dinja ta 'barra. Meta l-enerġija tal-mewġ elettromanjetiku inċidentali tkun akkoppjata ma 'dawn il-plażmi, il-plażmi se jiddevjaw mill-istat fiss u jivvibraw. Wara l-konverżjoni, il-mod elettromanjetiku jifforma mewġa manjetika trasversali fl-interface. Skont id-deskrizzjoni tar-relazzjoni ta 'dispersjoni tal-plażma tal-wiċċ tal-metall mill-mudell Drude, il-metalli ma jistgħux jikkombinaw b'mod naturali ma' mewġ elettromanjetiku fl-ispazju ħieles u jikkonvertu l-enerġija. Huwa meħtieġ li tuża materjali oħra biex teċita mewġ tal-plażma tal-wiċċ. Il-mewġ tal-plażma tal-wiċċ jitmermer malajr fid-direzzjoni parallela tal-interface tal-metall-sottostrat. Meta l-konduttur tal-metall imexxi fid-direzzjoni perpendikolari mal-wiċċ, iseħħ effett tal-ġilda. Ovvjament, minħabba d-daqs żgħir tal-antenna, hemm effett tal-ġilda fil-medda ta 'frekwenza għolja, li tikkawża li l-prestazzjoni tal-antenna tinżel drastikament u ma tistax tissodisfa r-rekwiżiti tal-antenni terahertz. Il-plasmon tal-wiċċ tal-grafene mhux biss għandu forza li torbot ogħla u telf aktar baxx, iżda jappoġġja wkoll irfinar elettriku kontinwu. Barra minn hekk, graphene għandu konduttività kumplessa fil-medda terahertz. Għalhekk, il-propagazzjoni tal-mewġ bil-mod hija relatata mal-modalità tal-plażma fi frekwenzi terahertz. Dawn il-karatteristiċi juru bis-sħiħ il-fattibbiltà tal-grafen biex jissostitwixxi materjali tal-metall fil-medda tat-terahertz.
Ibbażat fuq l-imġieba tal-polarizzazzjoni tal-plasmons tal-wiċċ tal-grafene, il-Figura 12 turi tip ġdid ta 'antenna tal-istrixxa, u tipproponi l-forma tal-faxxa tal-karatteristiċi ta' propagazzjoni tal-mewġ tal-plażma fil-grafin. Id-disinn ta 'faxxa ta' antenna sintonizzabbli jipprovdi mod ġdid biex jiġu studjati l-karatteristiċi ta 'propagazzjoni ta' antenni terahertz materjali ġodda.
Figura 12 Antenna strixxa ġdida
Minbarra l-esplorazzjoni ta ' l-unità materjali ġodda terahertz antenna elementi, graphene nanopatch terahertz antenni jistgħu wkoll jiġu ddisinjati bħala arrays biex jibnu terahertz multi-input multi-output antenna sistemi ta ' komunikazzjoni. L-istruttura tal-antenna tidher fil-Figura 13. Ibbażat fuq il-proprjetajiet uniċi tal-antenni nanopatch tal-grafene, l-elementi tal-antenna għandhom dimensjonijiet fuq skala mikron. Id-depożizzjoni tal-fwar kimiku tisntetizza direttament immaġini differenti tal-grafin fuq saff irqiq tan-nikil u tittrasferihom għal kwalunkwe sottostrat. Billi tagħżel numru xieraq ta 'komponenti u tbiddel il-vultaġġ tal-polarizzazzjoni elettrostatika, id-direzzjoni tar-radjazzjoni tista' tinbidel b'mod effettiv, u tagħmel is-sistema rikonfigurabbli.
Figura 13 Graphene nanopatch terahertz antenna array
Ir-riċerka ta 'materjali ġodda hija direzzjoni relattivament ġdida. L-innovazzjoni tal-materjali hija mistennija li tkisser il-limitazzjonijiet ta 'antenni tradizzjonali u tiżviluppa varjetà ta' antenni ġodda, bħal metamaterjali konfigurabbli mill-ġdid, materjali bidimensjonali (2D), eċċ Madankollu, dan it-tip ta 'antenna jiddependi prinċipalment fuq l-innovazzjoni ta' ġodda materjali u l-avvanz tat-teknoloġija tal-proċess. Fi kwalunkwe każ, l-iżvilupp ta 'antenni terahertz jeħtieġ materjali innovattivi, teknoloġija ta' pproċessar preċiża u strutturi ta 'disinn ġodda biex jissodisfaw ir-rekwiżiti ta' qligħ għoli, spiża baxxa u wisa 'tal-frekwenza ta' antenni terahertz.
Dan li ġej jintroduċi l-prinċipji bażiċi ta 'tliet tipi ta' antenni terahertz: antenni tal-metall, antenni dielettriċi u antenni materjali ġodda, u janalizza d-differenzi u l-vantaġġi u l-iżvantaġġi tagħhom.
1. Antenna tal-metall: Il-ġeometrija hija sempliċi, faċli biex tipproċessa, spiża relattivament baxxa, u rekwiżiti baxxi għal materjali sottostrat. Madankollu, l-antenni tal-metall jużaw metodu mekkaniku biex jaġġustaw il-pożizzjoni tal-antenna, li hija suxxettibbli għal żbalji. Jekk l-aġġustament ma jkunx korrett, il-prestazzjoni tal-antenna titnaqqas ħafna. Għalkemm l-antenna tal-metall hija żgħira fid-daqs, huwa diffiċli li tinġabar b'ċirkwit planari.
2. Antenna dielettrika: L-antenna dielettrika għandha impedenza ta 'input baxxa, hija faċli biex tqabbel ma' detector ta 'impedenza baxxa, u hija relattivament sempliċi biex tikkonnettja ma' ċirkwit planari. Il-forom ġeometriċi tal-antenni dielettriċi jinkludu forma ta 'farfett, forma ta' U doppja, forma logaritmika konvenzjonali u forma sine perjodika logaritmika. Madankollu, l-antenni dielettriċi għandhom ukoll difett fatali, jiġifieri l-effett tal-mewġ tal-wiċċ ikkawżat mis-sottostrat oħxon. Is-soluzzjoni hija li tgħabbi lenti u tissostitwixxi s-sottostrat dielettriku bi struttura EBG. Iż-żewġ soluzzjonijiet jeħtieġu innovazzjoni u titjib kontinwu tat-teknoloġija u l-materjali tal-proċess, iżda l-prestazzjoni eċċellenti tagħhom (bħal omnidirezzjonalità u soppressjoni tal-mewġ tal-wiċċ) jistgħu jipprovdu ideat ġodda għar-riċerka ta 'antenni terahertz.
3. Antenni ta 'materjal ġdid: Fil-preżent, dehru antenni dipol ġodda magħmula minn nanotubi tal-karbonju u strutturi ta' antenni ġodda magħmula minn metamaterjali. Materjali ġodda jistgħu jġibu skoperti ġodda fil-prestazzjoni, iżda l-premessa hija l-innovazzjoni tax-xjenza tal-materjali. Fil-preżent, ir-riċerka dwar antenni materjali ġodda għadha fl-istadju esploratorju, u ħafna teknoloġiji ewlenin mhumiex maturi biżżejjed.
Fil-qosor, tipi differenti ta 'antenni terahertz jistgħu jintgħażlu skont ir-rekwiżiti tad-disinn:
1) Jekk huma meħtieġa disinn sempliċi u spiża baxxa tal-produzzjoni, jistgħu jintgħażlu antenni tal-metall.
2) Jekk huma meħtieġa integrazzjoni għolja u impedenza tad-dħul baxxa, jistgħu jintgħażlu antenni dielettriċi.
3) Jekk ikun meħtieġ avvanz fil-prestazzjoni, jistgħu jintgħażlu antenni materjali ġodda.
Id-disinji ta 'hawn fuq jistgħu wkoll jiġu aġġustati skont rekwiżiti speċifiċi. Pereżempju, żewġ tipi ta 'antenni jistgħu jingħaqdu biex jiksbu aktar vantaġġi, iżda l-metodu ta' assemblaġġ u t-teknoloġija tad-disinn għandhom jissodisfaw rekwiżiti aktar stretti.
Biex titgħallem aktar dwar l-antenni, jekk jogħġbok żur:
Ħin tal-post: Awissu-02-2024
