Un novo tipo de multiplexor de terahercios duplicou a capacidade de datos e mellorou significativamente a comunicación 6G cun ancho de banda sen precedentes e baixa perda de datos.
Os investigadores introduciron un multiplexor de terahercios de banda súper ancha que duplica a capacidade de datos e achega avances revolucionarios a 6G e máis aló. (Fonte da imaxe: Getty Images)
A comunicación sen fíos de nova xeración, representada pola tecnoloxía de terahercios, promete revolucionar a transmisión de datos.
Estes sistemas operan en frecuencias de terahercios, ofrecendo un ancho de banda incomparable para a transmisión e comunicación de datos ultrarrápidas. Non obstante, para realizar plenamente este potencial, deben superarse importantes desafíos técnicos, especialmente na xestión e utilización efectiva do espectro dispoñible.
Un avance innovador abordou este desafío: o primeiro (des)multiplexor de polarización de terahercios integrado de banda ultra ancha realizado nunha plataforma de silicio sen substrato.
Este deseño innovador ten como obxectivo a banda J de subterahercios (220-330 GHz) e pretende transformar a comunicación para 6G e máis aló. O dispositivo duplica eficazmente a capacidade de datos mantendo unha baixa taxa de perda de datos, abrindo o camiño para redes sen fíos de alta velocidade eficientes e fiables.
O equipo detrás deste fito inclúe o profesor Withawat Withayachumnankul da Escola de Enxeñaría Eléctrica e Mecánica da Universidade de Adelaida, o doutor Weijie Gao, agora investigador posdoutoral na Universidade de Osaka, e o profesor Masayuki Fujita.
O profesor Withayachumnankul afirmou: "O multiplexador de polarización proposto permite transmitir múltiples fluxos de datos simultáneamente dentro da mesma banda de frecuencia, duplicando efectivamente a capacidade de datos". O ancho de banda relativo alcanzado polo dispositivo non ten precedentes en ningún rango de frecuencias, o que supón un salto significativo para os multiplexadores integrados.
Os multiplexores de polarización son esenciais na comunicación moderna xa que permiten que varios sinais compartan a mesma banda de frecuencia, mellorando significativamente a capacidade das canles.
O novo dispositivo conségueo mediante a utilización de acopladores direccionais cónicos e un revestimento medio eficaz anisotrópico. Estes compoñentes melloran a birrefringencia da polarización, o que resulta nunha alta relación de extinción da polarización (PER) e un ancho de banda amplo, características clave dos sistemas de comunicación eficientes en terahercios.
A diferenza dos deseños tradicionais que dependen de guías de onda asimétricas complexas e dependentes da frecuencia, o novo multiplexor emprega un revestimento anisótropo con só unha lixeira dependencia da frecuencia. Este enfoque aproveita plenamente o amplo ancho de banda proporcionado polos acopladores cónicos.
O resultado é un ancho de banda fraccional próximo ao 40 %, un PER medio que supera os 20 dB e unha perda de inserción mínima de aproximadamente 1 dB. Estas métricas de rendemento superan con moito ás dos deseños ópticos e de microondas existentes, que adoitan sufrir un ancho de banda estreito e unha gran perda.
O traballo do equipo de investigación non só mellora a eficiencia dos sistemas de terahercios senón que tamén senta as bases para unha nova era na comunicación sen fíos. O doutor Gao sinalou: "Esta innovación é un motor clave para liberar o potencial da comunicación de terahercios". As aplicacións inclúen streaming de vídeo en alta definición, realidade aumentada e redes móbiles de próxima xeración como 6G.
As solucións tradicionais de xestión de polarización de terahercios, como os transdutores de modo ortogonal (OMT) baseados en guías de ondas metálicas rectangulares, enfróntanse a limitacións importantes. As guías de ondas metálicas experimentan un aumento das perdas óhmicas a frecuencias máis altas e os seus procesos de fabricación son complexos debido aos estrictos requisitos xeométricos.
Os multiplexadores de polarización óptica, incluídos os que usan interferómetros Mach-Zehnder ou cristais fotónicos, ofrecen unha mellor integrabilidade e menores perdas, pero moitas veces requiren compensacións entre ancho de banda, compacidade e complexidade de fabricación.
Os acopladores direccionais utilízanse amplamente nos sistemas ópticos e requiren unha forte birrefringencia de polarización para conseguir un tamaño compacto e un alto PER. Non obstante, están limitados polo ancho de banda estreito e pola sensibilidade ás tolerancias de fabricación.
O novo multiplexor combina as vantaxes dos acopladores direccionais cónicos e un revestimento medio eficaz, superando estas limitacións. O revestimento anisotrópico presenta unha birrefringencia significativa, o que garante un alto PER nun ancho de banda amplo. Este principio de deseño marca un afastamento dos métodos tradicionais, proporcionando unha solución escalable e práctica para a integración de terahercios.
A validación experimental do multiplexor confirmou o seu excepcional rendemento. O dispositivo funciona de forma eficiente no rango de 225-330 GHz, logrando un ancho de banda fraccional do 37,8% mantendo un PER por riba dos 20 dB. O seu tamaño compacto e a súa compatibilidade cos procesos de fabricación estándar fano axeitado para a produción en masa.
O doutor Gao comentou: "Esta innovación non só mellora a eficiencia dos sistemas de comunicación de terahercios senón que tamén allana o camiño para redes sen fíos de alta velocidade máis potentes e fiables".
As posibles aplicacións desta tecnoloxía van máis aló dos sistemas de comunicación. Ao mellorar a utilización do espectro, o multiplexor pode impulsar avances en campos como o radar, a imaxe e a Internet das cousas. "Dentro dunha década, esperamos que estas tecnoloxías de terahercios sexan amplamente adoptadas e integradas en varias industrias", afirmou o profesor Withayachumnankul.
O multiplexor tamén se pode integrar perfectamente con dispositivos de formación de feixe anteriores desenvolvidos polo equipo, o que permite funcionalidades de comunicación avanzadas nunha plataforma unificada. Esta compatibilidade destaca a versatilidade e escalabilidade da eficaz plataforma de guía de ondas dieléctricas de revestimento medio.
Os resultados da investigación do equipo foron publicados na revista Laser & Photonic Reviews, facendo fincapé na súa importancia no avance da tecnoloxía fotónica de terahercios. O profesor Fujita comentou: "Ao superar as barreiras técnicas críticas, espérase que esta innovación estimule o interese e a actividade investigadora no campo".
Os investigadores prevén que o seu traballo inspirará novas aplicacións e novas melloras tecnolóxicas nos próximos anos, levando finalmente a prototipos e produtos comerciais.
Este multiplexor representa un importante paso adiante para liberar o potencial da comunicación de terahercios. Establece un novo estándar para os dispositivos integrados de terahercios coas súas métricas de rendemento sen precedentes.
A medida que a demanda de redes de comunicación de alta velocidade e alta capacidade segue crecendo, tales innovacións desempeñarán un papel crucial na configuración do futuro da tecnoloxía sen fíos.
Hora de publicación: 16-12-2024