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 unha baixa perda de datos.
Investigadores presentaron un multiplexor de terahercios de banda superancha que duplica a capacidade de datos e achega avances revolucionarios ao 6G e máis alá. (Fonte da imaxe: Getty Images)
A comunicación sen fíos de próxima xeración, representada pola tecnoloxía de terahercios, promete revolucionar a transmisión de datos.
Estes sistemas funcionan a frecuencias de terahercios, o que ofrece un ancho de banda sen igual para a transmisión e comunicación de datos ultrarrápidas. Non obstante, para aproveitar plenamente este potencial, débense superar importantes desafíos técnicos, especialmente na xestión e utilización eficaz do espectro dispoñible.
Un avance innovador abordou este desafío: o primeiro (des)multiplexor de polarización de terahercios integrado de banda ultraancha realizado nunha plataforma de silicio sen substrato.
Este deseño innovador céntrase na banda J de subterahercios (220-330 GHz) e pretende transformar a comunicación para a 6G e superior. O dispositivo duplica eficazmente a capacidade de datos mantendo unha baixa taxa de perda de datos, o que abre o camiño para redes sen fíos de alta velocidade eficientes e fiables.
O equipo responsable 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 Osaca, e o profesor Masayuki Fujita.
O profesor Withayachumnankul afirmou: «O multiplexor de polarización proposto permite transmitir simultaneamente varios fluxos de datos dentro da mesma banda de frecuencia, duplicando efectivamente a capacidade de datos». O ancho de banda relativo acadado polo dispositivo non ten precedentes en ningún rango de frecuencias, o que representa un salto significativo para os multiplexores integrados.
Os multiplexores de polarización son esenciais na comunicación moderna, xa que permiten que varios sinais compartan a mesma banda de frecuencia, o que mellora significativamente a capacidade do canal.
O novo dispositivo consegue isto mediante o uso de acopladores direccionais cónicos e un revestimento medio anisotrópico efectivo. Estes compoñentes melloran a birrefrinxencia da polarización, o que resulta nunha alta taxa de extinción da polarización (PER) e un amplo ancho de banda, características clave dos sistemas de comunicación eficientes de terahercios.
A diferenza dos deseños tradicionais que se basean en guías de onda asimétricas complexas e dependentes da frecuencia, o novo multiplexor emprega un revestimento anisotrópico cunha lixeira dependencia da frecuencia. Esta estratexia aproveita ao máximo o amplo ancho de banda proporcionado polos acopladores cónicos.
O resultado é unha largura de banda fraccional próxima ao 40 %, un PER medio superior a 20 dB e unha perda de inserción mínima de aproximadamente 1 dB. Estas métricas de rendemento superan con creces as dos deseños ópticos e de microondas existentes, que a miúdo sofren de largura de banda estreita e perdas elevadas.
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 Dr. Gao sinalou: «Esta innovación é un factor clave para liberar o potencial da comunicación por terahercios». As aplicacións inclúen a transmisión de vídeo de alta definición, a realidade aumentada e as redes móbiles de próxima xeración como o 6G.
As solucións tradicionais de xestión da polarización de terahercios, como os transdutores de modo ortogonal (OMT) baseados en guías de onda metálicas rectangulares, enfróntanse a limitacións significativas. As guías de onda metálicas experimentan maiores perdas óhmicas a frecuencias máis altas e os seus procesos de fabricación son complexos debido aos rigorosos requisitos xeométricos.
Os multiplexores de polarización óptica, incluídos os que empregan interferómetros de Mach-Zehnder ou cristais fotónicos, ofrecen unha mellor integrabilidade e perdas máis baixas, pero a miúdo requiren compromisos entre ancho de banda, compacidade e complexidade de fabricación.
Os acopladores direccionais úsanse amplamente en sistemas ópticos e requiren unha forte birrefrinxencia de polarización para conseguir un tamaño compacto e un PER alto. Non obstante, están limitados por unha estreita largura de banda e 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 birrefrinxencia significativa, o que garante un PER elevado nunha ampla banda de ancho de banda. Este principio de deseño marca un cambio con respecto aos 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, acadando un ancho de banda fraccional do 37,8 % e mantendo un PER superior a 20 dB. O seu tamaño compacto e a compatibilidade cos procesos de fabricación estándar fan que sexa axeitado para a produción en masa.
O Dr. Gao comentou: «Esta innovación non só mellora a eficiencia dos sistemas de comunicación de terahercios, senón que tamén abre o camiño para redes sen fíos de alta velocidade máis potentes e fiables».
As aplicacións potenciais desta tecnoloxía van máis alá 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, agardamos que estas tecnoloxías de terahercios sexan amplamente adoptadas e integradas en diversas industrias», afirmou o profesor Withayachumnankul.
O multiplexor tamén se pode integrar perfectamente con dispositivos de formación de feixes desenvolvidos anteriormente polo equipo, o que permite funcionalidades de comunicación avanzadas nunha plataforma unificada. Esta compatibilidade destaca a versatilidade e escalabilidade da eficaz plataforma de guías de ondas dieléctricas con revestimento medio.
Os resultados da investigación do equipo publicáronse na revista Laser & Photonic Reviews, onde se destaca a súa importancia para o avance da tecnoloxía fotónica de terahercios. O profesor Fujita comentou: «Ao superar barreiras técnicas críticas, espérase que esta innovación estimule o interese e a actividade investigadora neste campo».
Os investigadores prevén que o seu traballo inspirará novas aplicacións e melloras tecnolóxicas nos próximos anos, o que en última instancia levará 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 continúa a medrar, estas innovacións xogarán un papel crucial na configuración do futuro da tecnoloxía sen fíos.
Data de publicación: 16 de decembro de 2024