Утасгүй төхөөрөмжүүдийн нэр хүнд өсөхийн хэрээр өгөгдлийн үйлчилгээнүүд хурдацтай хөгжлийн шинэ үе шатанд орж, дата үйлчилгээний тэсрэлттэй өсөлт гэж нэрлэгддэг. Одоогийн байдлаар маш олон тооны программууд компьютерээс утасгүй төхөөрөмж, тухайлбал, зөөвөрлөх, ажиллахад хялбар гар утас руу аажмаар шилжиж байгаа боловч энэ байдал нь мэдээллийн урсгалыг хурдацтай нэмэгдүүлж, зурвасын өргөний нөөцийн хомсдолд хүргэсэн. . Статистикийн мэдээгээр, зах зээл дээрх мэдээллийн хурд ойрын 10-15 жилийн дотор Gbps эсвэл бүр Tbps хүрч магадгүй юм. Одоогийн байдлаар THz холболт Gbps өгөгдлийн хурдад хүрсэн бол Tbps өгөгдлийн хурд хөгжлийн эхний шатандаа байна. Холбогдох баримт бичигт THz-ийн зурваст үндэслэн Gbps өгөгдлийн хурдны хамгийн сүүлийн үеийн ахиц дэвшлийг жагсаасан бөгөөд туйлшралын мультиплекс ашиглан Tbps-ийг олж авах боломжтой гэж таамаглаж байна. Тиймээс өгөгдөл дамжуулах хурдыг нэмэгдүүлэхийн тулд богино долгионы болон хэт улаан туяаны хоорондох "хоосон талбайд" байрлах терагерцын зурвас болох шинэ давтамжийн зурвасыг хөгжүүлэх боломжтой шийдэл юм. 2019 онд болсон ОУЦХБ-ын Дэлхийн радио холбооны бага хурлаар (WRC-19) суурин болон хуурай замын хөдөлгөөнт үйлчилгээнд 275-450 ГГц давтамжийн хүрээг ашигласан. Терагерц утасгүй холбооны систем нь олон судлаачдын анхаарлыг татсан нь харагдаж байна.
Терагерцийн цахилгаан соронзон долгионыг ерөнхийдөө 0.03-3 мм долгионы урттай 0.1-10THz (1THz=1012Hz) давтамжийн зурвас гэж тодорхойлдог. IEEE стандартын дагуу терагерцийн долгионыг 0.3-10THz гэж тодорхойлдог. Зураг 1-т терагерцийн давтамжийн зурвас нь богино долгион ба хэт улаан туяаны хооронд байгааг харуулж байна.
Зураг 1 THz давтамжийн зурвасын бүдүүвч диаграмм.
Терагерцын антеннуудын хөгжил
Хэдийгээр 19-р зуунд терагерцийн судалгаа эхэлсэн ч тухайн үед бие даасан салбар болгон судлагдаагүй байв. Терагерцийн цацрагийн судалгааг голчлон алс хэт улаан туяаны зурваст чиглүүлсэн. 20-р зууны дунд үеэс сүүл хүртэл судлаачид миллиметрийн долгионы судалгааг терагерцын зурвас руу ахиулж, терагерцийн тусгай технологийн судалгаа хийж эхэлсэн.
1980-аад онд терагерцийн цацрагийн эх үүсвэрүүд гарч ирснээр терагерцийн долгионыг практик системд ашиглах боломжтой болсон. 21-р зуунаас хойш утасгүй холбооны технологи хурдацтай хөгжиж, хүмүүсийн мэдээллийн эрэлт хэрэгцээ, харилцаа холбооны тоног төхөөрөмжийн өсөлт нь харилцаа холбооны өгөгдөл дамжуулах хурдад илүү хатуу шаардлага тавьж байна. Иймээс ирээдүйн харилцаа холбооны технологийн сорилтуудын нэг нь нэг байршилд секундэд гигабит хурдтай өгөгдлийн хурдтай ажиллах явдал юм. Өнөөгийн эдийн засгийн хөгжлийн хүрээнд спектрийн нөөц улам бүр хомс болж байна. Гэсэн хэдий ч хүмүүсийн харилцааны чадавхи, хурдны шаардлага хязгааргүй юм. Спектрийн түгжрэлийн асуудлыг шийдвэрлэхийн тулд олон компаниуд орон зайн мультиплекс ашиглан спектрийн үр ашиг, системийн хүчин чадлыг сайжруулахын тулд олон оролттой олон гаралт (MIMO) технологийг ашигладаг. 5G сүлжээг хөгжүүлснээр хэрэглэгч бүрийн өгөгдлийн холболтын хурд Gbps-ээс давж, суурь станцуудын дата урсгал мөн мэдэгдэхүйц нэмэгдэх болно. Уламжлалт миллиметр долгионы холбооны системүүдийн хувьд богино долгионы холбоосууд нь эдгээр асар том мэдээллийн урсгалыг зохицуулах боломжгүй болно. Түүнчлэн, харааны шугамын нөлөөгөөр хэт улаан туяаны холбооны дамжуулах зай богино, түүний холбооны тоног төхөөрөмжийн байршил тогтмол байдаг. Тиймээс богино долгион ба хэт улаан туяаны хоорондох THz долгионыг THz холбоосыг ашиглан өндөр хурдны холбооны системийг бий болгох, өгөгдөл дамжуулах хурдыг нэмэгдүүлэхэд ашиглаж болно.
Терагерцийн долгион нь илүү өргөн зурвасын өргөнийг хангаж чаддаг бөгөөд давтамжийн хүрээ нь хөдөлгөөнт холбооноос 1000 дахин их байдаг. Иймээс хэт өндөр хурдны утасгүй холбооны системийг бий болгохын тулд THz-ийг ашиглах нь олон судалгааны баг, салбаруудын сонирхлыг татсан өндөр өгөгдлийн хурдыг даван туулах ирээдүйтэй шийдэл юм. 2017 оны 9-р сард анхны THz утасгүй холбооны стандарт IEEE 802.15.3d-2017 гарсан бөгөөд энэ нь 252-325 GHz-ийн доод THz давтамжийн мужид цэгээс цэгт өгөгдөл солилцохыг тодорхойлдог. Холбоосын өөр физик давхарга (PHY) нь өөр өөр зурвасын өргөнтэй үед 100 Gbps хүртэл өгөгдлийн хурдад хүрэх боломжтой.
0.12 ТГц-ийн анхны амжилттай THz холбооны системийг 2004 онд байгуулж, 0.3 ТГц-ийн THz холбооны системийг 2013 онд хэрэгжүүлсэн. 2004-2013 онд Япон дахь терагерц холбооны системийн судалгааны явцыг 1-р хүснэгтэд жагсаав.
Хүснэгт 1 2004-2013 он хүртэлх Япон дахь терагерц холбооны системийн судалгааны явц
2004 онд боловсруулсан холбооны системийн антенны бүтцийг 2005 онд Nippon Telegraph and Telephone Corporation (NTT) нар дэлгэрэнгүй тайлбарласан. Зураг 2-т үзүүлсэн шиг антенны тохиргоог хоёр тохиолдолд танилцуулсан.
Зураг 2 Японы NTT 120 GHz утасгүй холбооны системийн бүдүүвч диаграм
Энэхүү систем нь фотоэлектрик хувиргалт ба антенныг нэгтгэж, хоёр ажлын горимыг ашигладаг.
1. Ойрын зайн доторх орчинд, дотор ашиглаж байгаа хавтгай антен дамжуулагч нь Зураг 2(a)-д үзүүлсэн шиг нэг шугамын зөөвөрлөгч фотодиод (UTC-PD) чип, хавтгай антенн ба цахиур линзээс бүрдэнэ.
2. Холын зайн гадаа орчинд их хэмжээний дамжуулалтын алдагдал, мэдрэгчийн бага мэдрэмжийн нөлөөллийг сайжруулахын тулд дамжуулагчийн антенн нь өндөр өсөлттэй байх ёстой. Одоо байгаа терагерцийн антен нь 50 дБи-ээс дээш ашиг бүхий Гауссын оптик линз ашигладаг. Тэжээлийн эвэр ба диэлектрик линзний хослолыг Зураг 2(b)-д үзүүлэв.
2012 онд NTT нь 0.12 ТГц-ийн холбооны системийг хөгжүүлэхээс гадна 0.3 Гц давтамжтай холбооны системийг хөгжүүлсэн. Тасралтгүй оновчлолын тусламжтайгаар дамжуулах хурд нь 100 Гбит/с хүртэл өндөр байх боломжтой. 1-р хүснэгтээс харахад терагерц харилцаа холбоог хөгжүүлэхэд ихээхэн хувь нэмэр оруулсан. Гэсэн хэдий ч одоогийн судалгааны ажил нь ажлын давтамж бага, том хэмжээтэй, өндөр өртөгтэй зэрэг сул талуудтай.
Одоогоор ашиглагдаж буй терагерцийн антеннуудын ихэнх нь миллиметрийн долгионы антеннуудаас өөрчлөгдсөн бөгөөд терагерц антеннуудад шинэлэг зүйл бараг байдаггүй. Тиймээс терагерцийн холбооны системийн ажиллагааг сайжруулахын тулд терагерц антенныг оновчтой болгох нь чухал ажил юм. Хүснэгт 2-т Германы THz холбооны судалгааны явцыг жагсаав. Зураг 3 (а) нь фотоник ба электроникийг хослуулсан THz утасгүй холбооны төлөөллийн системийг харуулж байна. Зураг 3 (б)-д салхин хонгилын туршилтын дүр зургийг үзүүлэв. ХБНГУ-ын өнөөгийн судалгааны байдлаас харахад судалгаа, боловсруулалт нь бага давтамжтай, өндөр өртөгтэй, үр ашиг багатай зэрэг сул талуудтай.
Хүснэгт 2 Герман дахь THz холбооны судалгааны явц
Зураг 3 Салхины хонгилын туршилтын дүр зураг
CSIRO ICT төв нь мөн THz доторх утасгүй холбооны системийн судалгааг эхлүүлсэн. Тус төв нь 4-р зурагт үзүүлсэн жил болон холбооны давтамжийн хамаарлыг судалсан. Зураг 4-ээс харахад 2020 он гэхэд утасгүй холбооны судалгаа THz-ийн зурвас руу чиглэж байна. Радио спектрийг ашиглан харилцааны дээд давтамж нь хорин жил тутамд арав дахин нэмэгддэг. Тус төв нь THz антенуудад тавигдах шаардлагуудын талаар зөвлөмж гаргаж, THz холбооны системд зориулсан эвэр, линз зэрэг уламжлалт антеннуудыг санал болгосон. Зураг 5-д үзүүлснээр хоёр эвэр антен нь 0.84THz ба 1.7THz давтамжтайгаар ажилладаг бөгөөд энгийн бүтэцтэй, сайн Гауссын цацрагийн гүйцэтгэлтэй.
Зураг 4 Жил ба давтамжийн хамаарал
RM-BDHA818-20A
RM-DCPHA105145-20
Зураг 5 Хоёр төрлийн эвэр антен
АНУ терагерцийн долгионыг ялгаруулах, илрүүлэх талаар өргөн хүрээтэй судалгаа хийсэн. Алдартай терагерц судалгааны лабораториудад Тийрэлтэт хөдөлгүүрийн лаборатори (JPL), Стэнфордын шугаман хурдасгуурын төв (SLAC), АНУ-ын Үндэсний лаборатори (LLNL), Үндэсний Аэронавтик, Сансрын Удирдлагын Газар (НАСА), Үндэсний Шинжлэх Ухааны Сан (NSF) гэх мэт орно. Эрвээхэй антен, давтамжийн цацрагийн жолооны антен зэрэг терагерцийн хэрэглээнд зориулагдсан шинэ терагерц антеннуудыг зохион бүтээсэн. Терагерц антенны хөгжүүлэлтийн дагуу бид одоогоор терагерц антенны дизайны үндсэн гурван санааг Зураг 6-д үзүүлсэн шиг авч болно.
Зураг 6 Терагерц антенны дизайны үндсэн гурван санаа
Дээрх шинжилгээнээс харахад олон улс терагерц антеннуудад ихээхэн анхаарал хандуулж байсан ч хайгуул, хөгжлийн эхний шатандаа явж байна. Өндөр тархалтын алдагдал ба молекул шингээлтээс шалтгаалан THz антенууд нь ихэвчлэн дамжуулах зай, хамрах хүрээгээр хязгаарлагддаг. Зарим судалгаанууд нь THz-ийн зурваст бага үйлдлийн давтамжид анхаарлаа хандуулдаг. Одоо байгаа терагерц антенны судалгаа нь голчлон диэлектрик линзний антен гэх мэт ашигт ажиллагааг сайжруулах, тохирох алгоритмуудыг ашиглан харилцааны үр ашгийг дээшлүүлэхэд чиглэдэг. Нэмж дурдахад терагерцын антенны савлагааны үр ашгийг хэрхэн сайжруулах вэ гэдэг нь маш чухал асуудал юм.
Ерөнхий THz антенууд
Олон төрлийн THz антеннууд байдаг: конус хөндийтэй дипол антен, булангийн тусгал бүхий массив, эрвээхэй дипол, диэлектрик линз бүхий хавтгай антен, THz цацрагийн эх үүсвэр үүсгэх гэрэл дамжуулагч антен, эвэр антен, графен материалд суурилсан THz антен гэх мэт. THz антеныг хийхэд ашигладаг материалууд байж болно металл антенн (голчлон эвэр антенн), диэлектрик антенн (линз антенн), шинэ материаллаг антеннуудад ойролцоогоор хуваагддаг. Энэ хэсэгт эхлээд эдгээр антеннуудын урьдчилсан дүн шинжилгээг өгч, дараа нь дараагийн хэсэгт таван ердийн THz антенныг нарийвчлан танилцуулж, гүнзгий дүн шинжилгээ хийх болно.
1. Металл антенн
Эвэр антен нь THz зурваст ажиллах зориулалттай ердийн металл антен юм. Сонгодог миллиметр долгионы хүлээн авагчийн антенн нь конус хэлбэрийн эвэр юм. Атираат ба хос горимт антеннуудын давуу тал нь эргэлдэх тэгш хэмтэй цацрагийн загвар, 20-30 дБ-ийн өндөр өсөлт, хөндлөн туйлшралын түвшин -30 дБ, холболтын үр ашиг 97% -аас 98% хүртэл байдаг. Хоёр эвэр антенны боломжтой зурвасын өргөн нь 30%-40% ба 6%-8% байна.
Терагерцийн долгионы давтамж маш өндөр байдаг тул эвэрний антенны хэмжээ маш бага байдаг нь эврийг боловсруулахад, ялангуяа антенны массивын дизайн хийхэд ихээхэн хүндрэл учруулдаг бөгөөд боловсруулах технологийн нарийн төвөгтэй байдал нь хэт их зардал гаргахад хүргэдэг. хязгаарлагдмал үйлдвэрлэл. Нарийн төвөгтэй эвэр дизайны ёроолыг үйлдвэрлэхэд хүндрэлтэй байдаг тул конус эсвэл конус хэлбэрийн эвэртэй энгийн эвэр антенныг ихэвчлэн ашигладаг бөгөөд энэ нь өртөг, үйл явцын нарийн төвөгтэй байдлыг бууруулж, антенны цацрагийн гүйцэтгэлийг хадгалах боломжтой. сайн.
Өөр нэг металл антен нь 1.2 микрон диэлектрик хальсан дээр нэгтгэгдсэн, 7-р зурагт үзүүлсний дагуу цахиур хавтан дээр сийлсэн уртааш хөндийд дүүжлэгдсэн аялагч долгионы антеннаас бүрдэх аялагч долгионы пирамид антен юм. Энэ антен нь нээлттэй бүтэцтэй Schottky диодтой нийцдэг. Харьцангуй энгийн бүтэцтэй, үйлдвэрлэлийн шаардлага багатай тул ерөнхийдөө 0.6 THz-ээс дээш давтамжийн зурваст ашиглаж болно. Гэсэн хэдий ч антенны хажуугийн түвшин ба хөндлөн туйлшралын түвшин өндөр байдаг нь түүний нээлттэй бүтэцтэй холбоотой байж магадгүй юм. Тиймээс түүний холболтын үр ашиг харьцангуй бага (ойролцоогоор 50%).
Зураг 7 Аяны долгионы пирамид антен
2. Диэлектрик антенн
Диэлектрик антенн нь диэлектрик субстрат ба антенны радиаторын хослол юм. Зохих дизайн хийснээр диэлектрик антенн нь мэдрэгчтэй эсэргүүцэлтэй таарч чаддаг бөгөөд энгийн процесс, хялбар интеграцчлал, хямд өртөгтэй давуу талтай. Сүүлийн жилүүдэд судлаачид терагерцийн диэлектрик антеннуудын бага эсэргүүцэлтэй мэдрэгчтэй таарч болох хэд хэдэн нарийн зурвасын болон өргөн зурвасын хажуугийн галын антеннуудыг зохион бүтээсэн: эрвээхэй антен, давхар U хэлбэрийн антен, лог үечилсэн антен, лог-үе үеийн синусоид антен. Зураг 8-д үзүүлэв. Үүнээс гадна илүү төвөгтэй антенны геометрийг генетикийн тусламжтайгаар зохион бүтээж болно алгоритмууд.
Зураг 8 Дөрвөн төрлийн хавтгай антен
Гэсэн хэдий ч диэлектрик антенн нь диэлектрик субстраттай хослуулсан тул давтамж нь THz зурвас руу чиглэх үед гадаргуугийн долгионы нөлөө үүснэ. Энэхүү аюултай сул тал нь антенныг ажиллуулах явцад маш их энерги алдаж, антенны цацрагийн үр ашгийг мэдэгдэхүйц бууруулахад хүргэдэг. Зураг 9-д үзүүлснээр антенны цацрагийн өнцөг нь таслах өнцгөөс их байх үед түүний энерги нь диэлектрик субстратаар хязгаарлагдаж, субстратын горимтой нийлдэг.
Зураг 9 Антенны гадаргуугийн долгионы нөлөө
Субстратын зузаан нэмэгдэхийн хэрээр өндөр эрэмбийн горимуудын тоо нэмэгдэж, антен болон субстрат хоорондын холболт нэмэгдэж, эрчим хүчний алдагдал үүсдэг. Гадаргуугийн долгионы нөлөөг сулруулахын тулд гурван оновчтой схем байдаг.
1) Цахилгаан соронзон долгионы цацраг үүсгэх шинж чанарыг ашиглан олзыг нэмэгдүүлэхийн тулд линзийг антенн дээр ачаална.
2) Цахилгаан соронзон долгионы өндөр дарааллын горим үүсэхийг дарахын тулд субстратын зузааныг багасгах.
3) Субстратын диэлектрик материалыг цахилгаан соронзон зурвасын цоорхойгоор (EBG) солино. EBG-ийн орон зайн шүүлтүүрийн шинж чанарууд нь өндөр дарааллын горимуудыг дарах боломжтой.
3. Шинэ материаллаг антеннууд
Дээрх хоёр антенаас гадна шинэ материалаар хийсэн терагерц антенн бас бий. Жишээлбэл, 2006 онд Жин Хао нар. нүүрстөрөгчийн нано гуурсан диполь антенныг санал болгосон. Зураг 10 (а)-д үзүүлснээр диполь нь металл материалын оронд нүүрстөрөгчийн нано хоолойгоор хийгдсэн байдаг. Тэрээр нүүрстөрөгчийн нано гуурсан диполь антенны хэт улаан туяаны болон оптик шинж чанарыг сайтар судалж, оролтын эсэргүүцэл, гүйдлийн тархалт, олз, үр ашиг, цацрагийн хэв маяг зэрэг хязгаарлагдмал урттай нүүрстөрөгчийн нано хоолойн диполь антенны ерөнхий шинж чанарыг авч үзсэн. Зураг 10 (б) нь нүүрстөрөгчийн нано хоолойн диполь антенны оролтын эсэргүүцэл ба давтамжийн хоорондын хамаарлыг харуулав. Зураг 10(b)-ээс харахад оролтын эсэргүүцлийн төсөөллийн хэсэг нь илүү өндөр давтамжтай олон тэгтэй байна. Энэ нь антенн нь өөр өөр давтамжтайгаар олон резонансын үр дүнд хүрч чадна гэдгийг харуулж байна. Мэдээжийн хэрэг, нүүрстөрөгчийн нано гуурсан антен нь тодорхой давтамжийн мужид (бага THz давтамж) резонанс харуулдаг боловч энэ хүрээнээс гадуур бүрэн цуурайтах чадваргүй байдаг.
Зураг 10 (a) Нүүрстөрөгчийн нано гуурсан дипол антенн. (б) Оролтын эсэргүүцэл-давтамжийн муруй
2012 онд Самир Ф.Махмуд, Айед Р.АлАжми нар хоёр диэлектрик давхаргад ороосон нүүрстөрөгчийн нано хоолойноос бүрдэх нүүрстөрөгчийн нано хоолойд суурилсан шинэ терагерц антенны бүтцийг санал болгосон. Дотор диэлектрик давхарга нь диэлектрик хөөсөн давхарга, гаднах диэлектрик давхарга нь метаматериал давхарга юм. Тодорхой бүтцийг Зураг 11-д үзүүлэв. Туршилтын үр дүнд антенны цацрагийн гүйцэтгэлийг нэг ханатай нүүрстөрөгчийн нано хоолойтой харьцуулахад сайжруулсан.
Зураг 11 Нүүрстөрөгчийн нано хоолойд суурилсан шинэ терагерц антен
Дээр санал болгож буй шинэ материаллаг терагерц антеннууд нь ихэвчлэн гурван хэмжээст байдаг. Антенны зурвасын өргөнийг сайжруулж, конформ антеннуудыг бий болгохын тулд хавтгай графен антеннууд өргөн тархсан. Графен нь маш сайн динамик тасралтгүй хяналтын шинж чанартай бөгөөд хэвийсэн хүчдэлийг тохируулах замаар гадаргуугийн плазмыг үүсгэж чаддаг. Гадаргуугийн плазм нь эерэг диэлектрик тогтмол субстрат (Si, SiO2 гэх мэт) ба сөрөг диэлектрик тогтмол субстрат (үнэт металл, графен гэх мэт) хоорондын интерфейс дээр байрладаг. Үнэт металл, графен зэрэг дамжуулагчдад маш олон тооны "чөлөөт электрон" байдаг. Эдгээр чөлөөт электронуудыг мөн плазм гэж нэрлэдэг. Кондуктор дахь төрөлхийн боломжит талбайн улмаас эдгээр плазмууд нь тогтвортой байдалд байгаа бөгөөд гадаад ертөнцийн нөлөөнд автдаггүй. Ирж буй цахилгаан соронзон долгионы энергийг эдгээр плазмуудтай холбоход плазмууд тогтвортой байдлаас хазайж, чичирнэ. Хөрвүүлсний дараа цахилгаан соронзон горим нь интерфэйс дээр хөндлөн соронзон долгион үүсгэдэг. Металлын гадаргуугийн плазмын дисперсийн хамаарлыг Drude загвараар тайлбарласнаар металууд нь чөлөөт орон зайд цахилгаан соронзон долгионтой нэгдэж, энергийг хувиргах чадваргүй байдаг. Гадаргуугийн плазмын долгионыг өдөөхийн тулд бусад материалыг ашиглах шаардлагатай. Гадаргуугийн плазмын долгион нь металл-субстратын интерфейсийн зэрэгцээ чиглэлд хурдан ялзардаг. Металл дамжуулагч нь гадаргуутай перпендикуляр чиглэлд дамжих үед арьсны нөлөө үүснэ. Мэдээжийн хэрэг, антенны хэмжээ бага тул өндөр давтамжийн зурваст арьсны нөлөөлөл үүсдэг бөгөөд энэ нь антенны гүйцэтгэлийг огцом бууруулж, терагерц антенны шаардлагыг хангаж чадахгүй. Графены гадаргуугийн плазмон нь илүү их холбох хүч, бага алдагдалтай төдийгүй тасралтгүй цахилгаан тохируулгыг дэмждэг. Нэмж дурдахад графен нь терагерцийн зурваст нарийн төвөгтэй дамжуулалттай байдаг. Тиймээс удаан долгионы тархалт нь терагерцийн давтамжтай плазмын горимтой холбоотой байдаг. Эдгээр шинж чанарууд нь терагерцын зурвас дахь металл материалыг орлуулах графены боломжийн бүрэн нотолгоо юм.
Графены гадаргуугийн плазмоны туйлшралын шинж чанарт үндэслэн 12-р зурагт шинэ төрлийн туузан антеныг харуулсан ба графен дахь плазмын долгионы тархалтын шинж чанарын зурвасын хэлбэрийг санал болгож байна. Тохируулах боломжтой антенны зурвасын загвар нь шинэ материалын терагерц антенны тархалтын шинж чанарыг судлах шинэ арга замыг бий болгодог.
Зураг 12 Шинэ туузан антен
Нэгжийн шинэ материаллаг терагерц антенны элементүүдийг судлахаас гадна графен нанопатч терагерц антеннуудыг терагерц олон оролттой олон гаралттай антенны холбооны системийг бий болгох массив болгон зохион бүтээх боломжтой. Антенны бүтцийг Зураг 13-т үзүүлэв. Графен нанопатч антенны өвөрмөц шинж чанарт үндэслэн антенны элементүүд нь микрон хэмжээний хэмжээтэй байна. Химийн уурын хуримтлал нь никелийн нимгэн давхарга дээр янз бүрийн графений дүрсийг шууд нэгтгэж, тэдгээрийг ямар ч субстрат руу шилжүүлдэг. Тохиромжтой тооны бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг сонгож, цахилгаан статик хүчдэлийг өөрчилснөөр цацрагийн чиглэлийг үр дүнтэй өөрчилж, системийг дахин тохируулах боломжтой болгодог.
Зураг 13 Графен нанопатч терагерц антенны массив
Шинэ материалын судалгаа нь харьцангуй шинэ чиглэл юм. Материалын инноваци нь уламжлалт антенны хязгаарлалтыг даван туулж, дахин тохируулах боломжтой метаматериал, хоёр хэмжээст (2D) материал гэх мэт төрөл бүрийн шинэ антеннуудыг хөгжүүлэх төлөвтэй байна. Гэсэн хэдий ч энэ төрлийн антенн нь шинэ антенны шинэчлэлээс ихээхэн хамаардаг. материал ба процессын технологийн дэвшил. Ямар ч тохиолдолд терагерц антенны хөгжилд шинэлэг материал, нарийн боловсруулалтын технологи, терагерц антенны өндөр ашиг, хямд өртөг, өргөн зурвасын өргөний шаардлагыг хангах шинэ дизайн бүтэц шаардлагатай.
Металл антенн, диэлектрик антенн болон шинэ материаллаг антенн гэсэн гурван төрлийн терагерц антенны үндсэн зарчмуудыг танилцуулж, тэдгээрийн ялгаа, давуу болон сул талуудад дүн шинжилгээ хийнэ.
1. Металл антен: Геометр нь энгийн, боловсруулахад хялбар, харьцангуй хямд өртөгтэй, субстратын материалд тавигдах шаардлага багатай. Гэсэн хэдий ч металл антенууд нь антенны байрлалыг тохируулах механик аргыг ашигладаг бөгөөд энэ нь алдаа гаргахад хялбар байдаг. Хэрэв тохируулга буруу хийвэл антенны гүйцэтгэл ихээхэн буурна. Хэдийгээр металл антенн нь жижиг хэмжээтэй боловч хавтгай хэлхээтэй угсрахад хэцүү байдаг.
2. Диэлектрик антенн: Диэлектрик антенн нь оролтын эсэргүүцэл багатай, бага эсэргүүцэлтэй мэдрэгчтэй таарахад хялбар, хавтгай хэлхээтэй холбоход харьцангуй хялбар байдаг. Диэлектрик антенны геометрийн хэлбэрт эрвээхэй хэлбэр, давхар U хэлбэр, ердийн логарифм хэлбэр, логарифмын үечилсэн синусын хэлбэр орно. Гэсэн хэдий ч диэлектрик антеннууд нь бас үхлийн дутагдалтай байдаг, тухайлбал зузаан субстратын гадаргуугийн долгионы нөлөө. Үүний шийдэл нь линзийг ачаалж, диэлектрик субстратыг EBG бүтцээр солих явдал юм. Энэ хоёр шийдэл нь инноваци, технологийн технологи, материалыг тасралтгүй сайжруулахыг шаарддаг боловч тэдгээрийн маш сайн гүйцэтгэл (бүх чиглэлтэй байдал, гадаргуугийн долгионыг дарах гэх мэт) нь терагерц антеннуудын судалгаанд шинэ санаа өгч чадна.
3. Шинэ материаллаг антеннууд: Одоогийн байдлаар нүүрстөрөгчийн нано гуурсаар хийсэн шинэ диполь антеннууд болон метаматериалаар хийсэн шинэ антенны бүтэц бий болсон. Шинэ материалууд нь гүйцэтгэлийн шинэ нээлтүүдийг авчрах боломжтой боловч үндсэн суурь нь материалын шинжлэх ухааны инноваци юм. Одоогийн байдлаар шинэ материаллаг антеннуудын судалгаа хайгуулын шатандаа байгаа бөгөөд олон гол технологиуд хангалттай төлөвшөөгүй байна.
Дүгнэж хэлэхэд, янз бүрийн төрлийн терагерц антеннуудыг дизайны шаардлагын дагуу сонгож болно.
1) Хэрэв энгийн загвар, үйлдвэрлэлийн зардал бага байвал металл антенныг сонгож болно.
2) Хэрэв өндөр интеграл, бага оролтын эсэргүүцэл шаардлагатай бол диэлектрик антенныг сонгож болно.
3) Хэрэв гүйцэтгэлд ахиц дэвшил гаргах шаардлагатай бол шинэ материалын антеннуудыг сонгож болно.
Дээрх загваруудыг мөн тодорхой шаардлагын дагуу тохируулж болно. Жишээлбэл, хоёр төрлийн антеныг нэгтгэж, илүү их давуу талыг олж авах боломжтой боловч угсрах арга, дизайны технологи нь илүү хатуу шаардлагыг хангасан байх ёстой.
Антенны талаар илүү ихийг мэдэхийг хүсвэл зочилно уу:
Шуудангийн цаг: 2024 оны 8-р сарын 02-ны хооронд
