Biż-żieda fil-popolarità 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 iġġorrhom u toperahom 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 tal-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 il-microwaves u d-dawl infra-aħmar. Fil-Konferenza Dinjija tar-Radjukomunikazzjoni tal-ITU (WRC-19) fl-2019, il-medda ta' frekwenza ta' 275-450GHz intużat għal servizzi fissi u mobbli fuq l-art. Jidher li s-sistemi ta' komunikazzjoni mingħajr fili terahertz ġibdu l-attenzjoni ta' ħafna riċerkaturi.
Il-mewġ elettromanjetiku tat-terahertz ġeneralment huwa definit bħala l-medda ta' frekwenza ta' 0.1-10THz (1THz=1012Hz) b'tul ta' mewġa ta' 0.03-3 mm. Skont l-istandard tal-IEEE, il-mewġ tat-terahertz huwa definit bħala 0.3-10THz. Il-Figura 1 turi li l-medda ta' frekwenza tat-terahertz hija bejn il-microwaves u d-dawl infra-aħmar.
Fig. 1 Dijagramma skematika tal-medda ta' frekwenza THz.
Żvilupp ta' Antenni Terahertz
Għalkemm ir-riċerka dwar it-terahertz bdiet fis-seklu 19, ma ġietx studjata bħala qasam indipendenti f'dak iż-żmien. Ir-riċerka dwar ir-radjazzjoni tat-terahertz kienet iffukata prinċipalment fuq il-medda tal-infra-aħmar imbiegħed. Ma kienx qabel nofs jew tmiem is-seklu 20 li r-riċerkaturi bdew javvanzaw ir-riċerka dwar il-mewġ millimetru għall-medda tat-terahertz u jwettqu riċerka speċjalizzata fit-teknoloġija tat-terahertz.
Fis-snin tmenin, il-feġġ ta’ sorsi ta’ radjazzjoni terahertz għamel possibbli l-applikazzjoni tal-mewġ terahertz f’sistemi prattiċi. Mis-seklu 21, it-teknoloġija tal-komunikazzjoni mingħajr fili żviluppat b’rata mgħaġġla, u d-domanda tan-nies għall-informazzjoni u ż-żieda fit-tagħmir tal-komunikazzjoni ressqu rekwiżiti aktar stretti fuq ir-rata ta’ trasmissjoni tad-dejta tal-komunikazzjoni. Għalhekk, waħda mill-isfidi tat-teknoloġija tal-komunikazzjoni futura hija li topera b’rata għolja ta’ dejta 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 ta’ input multiplu ta’ output multiplu (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. Għas-sistemi tradizzjonali ta’ komunikazzjoni tal-mewġ millimetru, il-konnessjonijiet tal-microwave mhux se jkunu jistgħu jimmaniġġjaw dawn il-flussi enormi ta’ dejta. Barra minn hekk, minħabba l-influwenza tal-linja tal-vista, id-distanza tat-trażmissjoni tal-komunikazzjoni bl-infra-aħmar hija qasira u l-post tat-tagħmir tal-komunikazzjoni tagħha huwa fiss. Għalhekk, il-mewġ THz, li jinsabu bejn il-microwaves u l-infra-aħmar, jistgħu jintużaw biex jinbnew sistemi ta' komunikazzjoni b'veloċità għolja u jiżdiedu r-rati tat-trażmissjoni tad-dejta bl-użu ta' links THz.
Il-mewġ tat-terahertz jista' jipprovdi bandwidth ta' komunikazzjoni usa', u l-firxa ta' frekwenza tiegħu hija madwar 1000 darba dik tal-komunikazzjonijiet mobbli. Għalhekk, l-użu ta' THz biex jinbnew sistemi ta' komunikazzjoni mingħajr fili b'veloċità ultra-għolja huwa soluzzjoni promettenti għall-isfida ta' rati għoljin ta' dejta, 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 ta' dejta minn punt għal punt fil-firxa 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'bandwidths differenti.
L-ewwel sistema ta' komunikazzjoni THz ta' 0.12 THz li rnexxiet ġiet stabbilita fl-2004, u s-sistema ta' komunikazzjoni THz ta' 0.3 THz ġiet realizzata fl-2013. It-Tabella 1 telenka l-progress fir-riċerka tas-sistemi ta' komunikazzjoni terahertz fil-Ġappun mill-2004 sal-2013.
Tabella 1 Progress fir-riċerka tas-sistemi ta' komunikazzjoni 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 b'firxa qasira, it-trasmettitur tal-antenna planari użat ġewwa jikkonsisti minn ċippa ta' fotodijodu trasportatur b'linja waħda (UTC-PD), antenna ta' slot planari u lenti tas-silikon, kif muri fil-Figura 2(a).
2. F'ambjent ta' barra fuq medda twila, sabiex tittejjeb l-influwenza tat-telf kbir tat-trażmissjoni u s-sensittività baxxa tad-ditekter, l-antenna tat-trasmettitur irid ikollha qligħ għoli. L-antenna terahertz eżistenti tuża lenti ottika Gaussjana b'qligħ ta' aktar minn 50 dBi. Il-kombinazzjoni tal-qarn tal-għalf u l-lenti dielettrika hija murija fil-Figura 2(b).
Minbarra l-iżvilupp ta' sistema ta' komunikazzjoni ta' 0.12 THz, NTT żviluppat ukoll sistema ta' komunikazzjoni ta' 0.3THz fl-2012. Permezz ta' ottimizzazzjoni kontinwa, ir-rata ta' trasmissjoni tista' tkun għolja daqs 100 Gbps. Kif jidher mit-Tabella 1, din tat kontribut kbir għall-iżvilupp tal-komunikazzjoni terahertz. Madankollu, ix-xogħol ta' riċerka attwali għandu l-iżvantaġġi ta' frekwenza operattiva baxxa, daqs kbir u spiża għolja.
Il-biċċa l-kbira tal-antenni terahertz li jintużaw bħalissa huma modifikati minn antenni tal-mewġ millimetru, u ftit hemm innovazzjoni fl-antenni terahertz. Għalhekk, sabiex tittejjeb il-prestazzjoni tas-sistemi ta' komunikazzjoni terahertz, kompitu importanti huwa li jiġu ottimizzati l-antenni terahertz. It-Tabella 2 telenka l-progress fir-riċerka tal-komunikazzjoni THz Ġermaniża. Il-Figura 3(a) turi sistema rappreżentattiva ta' komunikazzjoni mingħajr fili THz li tgħaqqad il-fotonika u l-elettronika. Il-Figura 3(b) turi x-xena tat-test tal-mina tar-riħ. Meta wieħed iqis is-sitwazzjoni attwali tar-riċerka fil-Ġermanja, ir-riċerka u l-iżvilupp tagħha għandhom ukoll żvantaġġi bħal frekwenza operattiva baxxa, spiża għolja u effiċjenza baxxa.
Tabella 2 Progress fir-riċerka tal-komunikazzjoni THz fil-Ġermanja
Figura 3 Xena tat-test tal-mina tar-riħ
Iċ-Ċentru tal-ICT tas-CSIRO beda wkoll riċerka dwar sistemi ta' komunikazzjoni mingħajr fili fuq ġewwa tat-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 t-tendenza li tinfirex lejn il-medda tat-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 tat-THz u ppropona antenni tradizzjonali bħal qrun u lentijiet għal sistemi ta' komunikazzjoni tat-THz. Kif muri fil-Figura 5, żewġ antenni tal-qrun jaħdmu b'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-qrun
L-Istati Uniti wettqet riċerka estensiva dwar l-emissjoni u d-detezzjoni tal-mewġ terahertz. Laboratorji ta' riċerka terahertz famużi jinkludu l-Jet Propulsion Laboratory (JPL), iċ-Ċentru tal-Aċċeleratur Lineari ta' Stanford (SLAC), il-Laboratorju Nazzjonali tal-Istati Uniti (LLNL), l-Amministrazzjoni Nazzjonali tal-Ajrunawtika u l-Ispazju (NASA), il-Fondazzjoni Nazzjonali tax-Xjenza (NSF), eċċ. Ġew iddisinjati antenni terahertz ġodda għal applikazzjonijiet terahertz, bħal antenni bowtie u antenni tal-istering tar-raġġ tal-frekwenza. Skont l-iżvilupp tal-antenni terahertz, nistgħu niksbu tliet ideat bażiċi ta' disinn għall-antenni terahertz fil-preżent, kif muri fil-Figura 6.
Figura 6 Tliet ideat bażiċi ta' disinn għal antenni terahertz
L-analiżi ta’ hawn fuq turi li għalkemm ħafna pajjiżi taw attenzjoni kbira lill-antenni terahertz, dawn għadhom fl-istadju inizjali ta’ esplorazzjoni u żvilupp. Minħabba t-telf għoli ta’ propagazzjoni u l-assorbiment molekulari, l-antenni THz ġeneralment huma limitati mid-distanza tat-trażmissjoni u l-kopertura. Xi studji jiffokaw fuq frekwenzi operattivi aktar baxxi fil-medda THz. Ir-riċerka eżistenti dwar l-antenni terahertz tiffoka prinċipalment fuq it-titjib tal-qligħ bl-użu ta’ antenni b’lenti dielettriċi, eċċ., u t-titjib tal-effiċjenza tal-komunikazzjoni bl-użu ta’ algoritmi xierqa. Barra minn hekk, kif tittejjeb l-effiċjenza tal-ippakkjar tal-antenni terahertz hija wkoll kwistjoni urġenti ħafna.
Antenni ġenerali ta' THz
Hemm ħafna tipi ta' antenni THz disponibbli: antenni dipole b'kavitajiet koniċi, matriċi ta' rifletturi tal-kantunieri, dipoli bowtie, antenni planari tal-lentijiet dielettriċi, antenni fotokonduttivi għall-ġenerazzjoni ta' sorsi ta' radjazzjoni minn sors THz, antenni qrun, antenni THz ibbażati fuq materjali tal-grafene, eċċ. Skont il-materjali użati biex isiru l-antenni THz, dawn jistgħu jinqasmu bejn wieħed u ieħor f'antenni tal-metall (prinċipalment antenni qrun), antenni dielettriċi (antenni lenti), u antenni ta' materjal ġdid. 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 qarn hija antenna tal-metall tipika li hija ddisinjata biex taħdem fil-medda THz. L-antenna ta' riċevitur klassiku tal-mewġa millimetrika hija qarn koniku. Antenni korrugati u b'modalità doppja għandhom ħafna vantaġġi, inklużi mudelli ta' radjazzjoni rotazzjonalment simmetriċi, qligħ għoli ta' 20 sa 30 dBi u livell baxx ta' polarizzazzjoni inkroċjata ta' -30 dB, u effiċjenza ta' akkoppjar ta' 97% sa 98%. Il-bandwidths disponibbli taż-żewġ antenni qarn huma 30%-40% u 6%-8%, rispettivament.
Peress li l-frekwenza tal-mewġ terahertz hija għolja ħafna, id-daqs tal-antenna tal-qrun huwa żgħir ħafna, u dan jagħmel l-ipproċessar tal-qrun diffiċli ħafna, speċjalment fid-disinn ta' matriċi ta' antenni, 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-qrun, ġeneralment tintuża antenna tal-qrun sempliċi fil-forma ta' qrun 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 piramidali b'mewġa li tivvjaġġa, li tikkonsisti f'antenna b'mewġa li tivvjaġġa integrata fuq film dielettriku ta' 1.2 mikron u sospiża f'kavità lonġitudinali mnaqqxa 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 tal-lobi laterali u l-livell ta' polarizzazzjoni inkroċjata tal-antenna huma għoljin, probabbilment minħabba l-istruttura miftuħa tagħha. Għalhekk, l-effiċjenza tal-akkoppjar tagħha hija relattivament baxxa (madwar 50%).
Figura 7 Antenna piramidali b'mewġa li tivvjaġġa
2. Antenna dielettrika
L-antenna dielettrika hija taħlita ta' sottostrat dielettriku u radjatur tal-antenna. Permezz ta' disinn xieraq, l-antenna dielettrika tista' tikseb tqabbil tal-impedenza mad-ditekter, u għandha l-vantaġġi ta' proċess sempliċi, integrazzjoni faċli, u spiża baxxa. Fi snin reċenti, ir-riċerkaturi ddisinjaw diversi antenni side-fire ta' frekwenza dejqa u broadband li jistgħu jaqblu mad-ditekters ta' impedenza baxxa tal-antenni dielettriċi terahertz: antenna farfett, antenna doppja f'forma ta' U, antenna log-perjodika, u antenna sinusoidali log-perjodika, kif muri 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, iseħħ effett ta' mewġa tal-wiċċ meta l-frekwenza tkun tendenza lejn il-medda tat-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 jkun akbar mill-angolu tal-qtugħ, l-enerġija tagħha tkun limitata fis-sottostrat dielettriku u akkoppjata mal-modalità tas-sottostrat.
Figura 9 Effett tal-mewġa tal-wiċċ tal-antenna
Hekk kif tiżdied il-ħxuna tas-sottostrat, jiżdied in-numru ta' modi ta' ordni għolja, u jiżdied l-akkoppjar bejn l-antenna u s-sottostrat, li jirriżulta f'telf ta' enerġija. Sabiex tiddgħajjef l-effett tal-mewġa tal-wiċċ, hemm tliet skemi ta' ottimizzazzjoni:
1) Poġġi lenti fuq l-antenna biex iżżid il-qligħ billi tuża l-karatteristiċi tal-formazzjoni tar-raġġi tal-mewġ elettromanjetiku.
2) Naqqas il-ħxuna tas-sottostrat biex trażżan il-ġenerazzjoni ta' modi ta' ordni għolja ta' mewġ elettromanjetiku.
3) Ibdel il-materjal dielettriku tas-sottostrat b'band gap elettromanjetiku (EBG). Il-karatteristiċi tal-filtrazzjoni spazjali tal-EBG jistgħu jrażżnu l-modi ta' ordni għolja.
3. Antenni ta' materjal ġdid
Minbarra ż-żewġ antenni ta' hawn fuq, hemm ukoll antenna terahertz magħmula minn materjali ġodda. Pereżempju, fl-2006, Jin Hao et al. ipproponew antenna dipole tan-nanotubi tal-karbonju. Kif muri fil-Figura 10 (a), id-dipole huwa magħmul minn nanotubi tal-karbonju minflok materjali tal-metall. Huwa studja bir-reqqa l-proprjetajiet infra-aħmar u ottiċi tal-antenna dipole tan-nanotubi tal-karbonju u ddiskuta l-karatteristiċi ġenerali tal-antenna dipole tan-nanotubi tal-karbonju ta' tul finit, bħall-impedenza tad-dħul, id-distribuzzjoni tal-kurrent, il-qligħ, l-effiċjenza u x-xejra tar-radjazzjoni. Il-Figura 10 (b) turi r-relazzjoni bejn l-impedenza tad-dħul u l-frekwenza tal-antenna dipole tan-nanotubi 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 reżonanzi multipli fi frekwenzi differenti. Ovvjament, l-antenna tan-nanotubi tal-karbonju turi reżonanza f'ċerta medda ta' frekwenza (frekwenzi THz aktar baxxi), iżda hija kompletament inkapaċi li tirresona barra minn din il-medda.
Figura 10 (a) Antenna dipole b'nanotubu tal-karbonju. (b) Kurva tal-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 minn mazz 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 metamaterjal. L-istruttura speċifika hija murija fil-Figura 11. Permezz tal-ittestjar, il-prestazzjoni tar-radjazzjoni tal-antenna tjiebet meta mqabbla ma' nanotubi tal-karbonju b'ħajt wieħed.
Figura 11 Antenna terahertz ġdida bbażata fuq nanotubi tal-karbonju
L-antenni terahertz tal-materjal il-ġdid proposti hawn fuq huma prinċipalment tridimensjonali. Sabiex tittejjeb il-bandwidth tal-antenna u jsiru antenni konformali, l-antenni planari tal-grafene rċevew attenzjoni mifruxa. Il-grafene għandu karatteristiċi eċċellenti ta' kontroll kontinwu dinamiku u jista' jiġġenera plażma tal-wiċċ billi jaġġusta l-vultaġġ tal-polarizzazzjoni. Il-plażma tal-wiċċ teżisti fuq l-interfaċċja bejn sottostrati b'kostanti dielettriċi pożittivi (bħal Si, SiO2, eċċ.) u sottostrati b'kostanti dielettriċi negattivi (bħal metalli prezzjużi, grafen, eċċ.). Hemm numru kbir ta' "elettroni ħielsa" f'kondutturi bħal metalli prezzjużi u grafen. Dawn l-elettroni ħielsa jissejħu wkoll plażmi. Minħabba l-kamp potenzjali inerenti fil-konduttur, dawn il-plażmi jkunu fi stat stabbli u ma jiġux disturbati mid-dinja ta' barra. Meta l-enerġija tal-mewġ elettromanjetiku inċidentali tkun akkoppjata ma' dawn il-plażmi, il-plażmi jiddevjaw mill-istat stabbli u jivvibraw. Wara l-konverżjoni, il-mod elettromanjetiku jifforma mewġa manjetika trasversali fl-interfaċċja. Skont id-deskrizzjoni tar-relazzjoni ta' dispersjoni tal-plażma tal-wiċċ tal-metall mill-mudell Drude, il-metalli ma jistgħux jingħaqdu b'mod naturali mal-mewġ elettromanjetiku fi spazju ħieles u jikkonvertu l-enerġija. Huwa neċessarju li jintużaw materjali oħra biex jiġu eċċitati l-mewġ tal-plażma tal-wiċċ. Il-mewġ tal-plażma tal-wiċċ jitmermer malajr fid-direzzjoni parallela tal-interfaċċja bejn il-metall u s-sottostrat. Meta l-konduttur tal-metall jikkonduċi fid-direzzjoni perpendikolari għall-wiċċ, iseħħ effett tal-ġilda. Ovvjament, minħabba d-daqs żgħir tal-antenna, ikun hemm effett tal-ġilda fil-medda ta' frekwenza għolja, li jikkawża li l-prestazzjoni tal-antenna tinżel sew u ma tistax tissodisfa r-rekwiżiti tal-antenni terahertz. Il-plażmon tal-wiċċ tal-grafina mhux biss għandu forza ta' rbit ogħla u telf aktar baxx, iżda jappoġġja wkoll irfinar elettriku kontinwu. Barra minn hekk, il-grafina għandha konduttività kumplessa fil-medda ta' terahertz. Għalhekk, il-propagazzjoni bil-mod tal-mewġ hija relatata mal-modalità tal-plażma fi frekwenzi terahertz. Dawn il-karatteristiċi juru bis-sħiħ il-fattibbiltà tal-grafina li tissostitwixxi materjali tal-metall fil-medda ta' terahertz.
Ibbażat fuq l-imġiba tal-polarizzazzjoni tal-plażmoni tal-wiċċ tal-grafene, il-Figura 12 turi tip ġdid ta' antenna strixxa, u tipproponi l-forma tal-medda tal-karatteristiċi tal-propagazzjoni tal-mewġ tal-plażma fil-grafene. Id-disinn tal-medda tal-antenna sintonizzabbli jipprovdi mod ġdid biex jiġu studjati l-karatteristiċi tal-propagazzjoni ta' antenni terahertz ta' materjal ġdid.
Figura 12 Antenna strixxa ġdida
Minbarra l-esplorazzjoni ta' elementi ta' antenna terahertz f'materjali ġodda, l-antenni terahertz nanopatch tal-grafene jistgħu wkoll jiġu ddisinjati bħala matriċi biex jinbnew sistemi ta' komunikazzjoni ta' antenna terahertz b'input u output multipli. L-istruttura tal-antenna hija murija fil-Figura 13. Abbażi tal-proprjetajiet uniċi tal-antenni nanopatch tal-grafene, l-elementi tal-antenna għandhom dimensjonijiet fuq skala mikron. Id-depożizzjoni kimika tal-fwar tissintetizza direttament immaġini differenti tal-grafene 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 b'hekk is-sistema tkun tista' tiġi kkonfigurata mill-ġdid.
Figura 13 Firxa ta' antenni terahertz tan-nanopatch tal-grafene
Ir-riċerka ta' materjali ġodda hija direzzjoni relattivament ġdida. L-innovazzjoni tal-materjali hija mistennija li tkisser il-limitazzjonijiet tal-antenni tradizzjonali u tiżviluppa varjetà ta' antenni ġodda, bħal metamaterjali li jistgħu jiġu kkonfigurati mill-ġdid, materjali bidimensjonali (2D), eċċ. Madankollu, dan it-tip ta' antenna jiddependi prinċipalment fuq l-innovazzjoni ta' materjali ġodda 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 bandwidth wiesgħa tal-antenni terahertz.
Dan li ġej jintroduċi l-prinċipji bażiċi ta' tliet tipi ta' antenni terahertz: antenni tal-metall, antenni dielettriċi u antenni ta' materjal ġdid, u janalizza d-differenzi u l-vantaġġi u l-iżvantaġġi tagħhom.
1. Antenna tal-metall: Il-ġeometrija hija sempliċi, faċli biex tiġi pproċessata, relattivament baxxa fl-ispiża, u teħtieġ ftit materjali tas-sottostrat. Madankollu, l-antenni tal-metall jużaw metodu mekkaniku biex jaġġustaw il-pożizzjoni tal-antenna, li huwa 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 tiġi mmuntata ma' ċirkwit planari.
2. Antenna dielettrika: L-antenna dielettrika għandha impedenza ta' input baxxa, hija faċli biex tqabbel ma' ditekter 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 ta' sinusoidal perjodiku logaritmika. Madankollu, l-antenni dielettriċi għandhom ukoll difett fatali, jiġifieri l-effett tal-mewġa tal-wiċċ ikkawżat mis-sottostrat oħxon. Is-soluzzjoni hija li titgħabba lenti u s-sottostrat dielettriku jiġi sostitwit bi struttura EBG. Iż-żewġ soluzzjonijiet jeħtieġu innovazzjoni u titjib kontinwu tat-teknoloġija tal-proċess u l-materjali, iżda l-prestazzjoni eċċellenti tagħhom (bħall-omnidirezzjonalità u s-soppressjoni tal-mewġa tal-wiċċ) tista' tipprovdi ideat ġodda għar-riċerka tal-antenni terahertz.
3. Antenni ta' materjali ġodda: Fil-preżent, dehru antenni dipoli ġodda magħmula minn nanotubi tal-karbonju u strutturi ta' antenni ġodda magħmula minn metamaterjali. Materjali ġodda jistgħu jġibu avvanzi ġodda fil-prestazzjoni, iżda l-premessa hija l-innovazzjoni tax-xjenza tal-materjali. Fil-preżent, ir-riċerka dwar antenni ta' materjali ġodda għadha fl-istadju esploratorju, u ħafna teknoloġiji ewlenin mhumiex maturi biżżejjed.
Fil-qosor, jistgħu jintgħażlu tipi differenti ta' antenni terahertz skont ir-rekwiżiti tad-disinn:
1) Jekk ikun meħtieġ disinn sempliċi u spiża baxxa ta' produzzjoni, jistgħu jintgħażlu antenni tal-metall.
2) Jekk ikunu meħtieġa integrazzjoni għolja u impedenza baxxa tad-dħul, jistgħu jintgħażlu antenni dielettriċi.
3) Jekk ikun meħtieġ avvanz fil-prestazzjoni, jistgħu jintgħażlu antenni ta' materjal ġdid.
Id-disinji ta' hawn fuq jistgħu wkoll jiġu aġġustati skont rekwiżiti speċifiċi. Pereżempju, żewġ tipi ta' antenni jistgħu jiġu kkombinati biex jinkisbu aktar vantaġġi, iżda l-metodu ta' assemblaġġ u t-teknoloġija tad-disinn iridu jissodisfaw rekwiżiti aktar stretti.
Biex titgħallem aktar dwar l-antenni, jekk jogħġbok żur:
Ħin tal-posta: 02 ta' Awwissu 2024
