Утасгүй төхөөрөмжүүдийн түгээмэл байдал нэмэгдэж байгаатай холбогдуулан өгөгдлийн үйлчилгээ нь хурдацтай хөгжлийн шинэ үе рүү шилжиж байгаа бөгөөд үүнийг өгөгдлийн үйлчилгээний огцом өсөлт гэж нэрлэдэг. Одоогийн байдлаар олон тооны програмууд компьютерээс гар утас гэх мэт бодит цаг хугацаанд зөөвөрлөхөд хялбар, ажиллахад хялбар утасгүй төхөөрөмж рүү аажмаар шилжиж байгаа боловч энэ байдал нь өгөгдлийн урсгалыг огцом нэмэгдүүлж, зурвасын өргөн нөөцийн хомсдолд хүргэж байна. Статистикийн мэдээгээр зах зээл дээрх өгөгдлийн хурд дараагийн 10-15 жилд Гбит/с эсвэл бүр Тбит/с хүрч магадгүй юм. Одоогийн байдлаар THz холбоо нь Гбит/с өгөгдлийн хурдад хүрсэн бол Тбит/с өгөгдлийн хурд нь хөгжлийн эхний шатандаа явж байна. Холбогдох нэгэн өгүүлэлд THz зурвасын дагуу Гбит/с өгөгдлийн хурдны хамгийн сүүлийн үеийн ахиц дэвшлийг жагсаасан бөгөөд Тбит/с-ийг туйлшралын мультиплексээр дамжуулан авах боломжтой гэж таамаглаж байна. Тиймээс өгөгдөл дамжуулах хурдыг нэмэгдүүлэхийн тулд боломжит шийдэл бол богино долгион болон хэт улаан туяаны гэрлийн хоорондох "хоосон хэсэгт" байрладаг терагерц зурвас болох шинэ давтамжийн зурвасыг боловсруулах явдал юм. 2019 онд болсон ОУЦХБ-ын Дэлхийн радио холбооны бага хурал (WRC-19) дээр суурин болон хуурай газрын хөдөлгөөнт үйлчилгээнд 275-450GHz давтамжийн хүрээг ашигласан. Терагерц утасгүй холбооны системүүд олон судлаачдын анхаарлыг татсан нь харагдаж байна.
Терагерц цахилгаан соронзон долгионыг ерөнхийдөө 0.03-3 мм долгионы урттай 0.1-10THz (1THz=1012Hz) давтамжийн зурвас гэж тодорхойлдог. IEEE стандартын дагуу терагерц долгионыг 0.3-10THz гэж тодорхойлдог. Зураг 1-т терагерц давтамжийн зурвас нь богино долгион болон хэт улаан туяаны гэрлийн хооронд байгааг харуулж байна.
Зураг 1 THz давтамжийн зурвасын бүдүүвч диаграмм.
Терагерц антенны хөгжил
Терагерцын судалгаа 19-р зуунд эхэлсэн боловч тухайн үед бие даасан салбар болгон судлагдаагүй байв. Терагерцын цацрагийн судалгаа нь голчлон алс хэт улаан туяаны зурваст чиглэгддэг байв. 20-р зууны дунд үеэс сүүл үе хүртэл судлаачид миллиметрийн долгионы судалгааг терагерцын зурваст шилжүүлж, терагерцын технологийн тусгай судалгаа хийж эхэлсэн.
1980-аад онд терагерц цацрагийн эх үүсвэрүүд гарч ирснээр терагерц долгионыг практик системд ашиглах боломжтой болсон. 21-р зуунаас хойш утасгүй холбооны технологи хурдацтай хөгжиж, хүмүүсийн мэдээллийн эрэлт хэрэгцээ, холбооны тоног төхөөрөмжийн өсөлт нь холбооны өгөгдөл дамжуулах хурдад илүү хатуу шаардлага тавьсан. Тиймээс ирээдүйн холбооны технологийн нэг бэрхшээл бол нэг байршилд секундэд гигабит өндөр өгөгдөл дамжуулах хурдаар ажиллах явдал юм. Одоогийн эдийн засгийн хөгжлийн үед спектрийн нөөц улам бүр хомсдож байна. Гэсэн хэдий ч холбооны хүчин чадал, хурдад тавигдах хүний шаардлага хязгааргүй юм. Спектрийн түгжрэлийн асуудлын хувьд олон компаниуд орон зайн мультиплекслэх замаар спектрийн үр ашиг, системийн багтаамжийг сайжруулахын тулд олон оролттой олон гаралттай (MIMO) технологийг ашигладаг. 5G сүлжээ хөгжихийн хэрээр хэрэглэгч бүрийн өгөгдөл холболтын хурд Gbps-ээс давж, суурь станцуудын өгөгдлийн урсгал мэдэгдэхүйц нэмэгдэх болно. Уламжлалт миллиметрийн долгионы холбооны системийн хувьд богино долгионы холбоосууд эдгээр асар их өгөгдлийн урсгалыг зохицуулах боломжгүй болно. Үүнээс гадна, харааны шугамын нөлөөллөөс шалтгаалан хэт улаан туяаны холбооны дамжуулах зай богино бөгөөд холбооны төхөөрөмжийн байршил тогтмол байдаг. Тиймээс богино долгион болон хэт улаан туяаны хооронд байдаг THz долгионыг өндөр хурдны холбооны системийг бий болгох, THz холбоосыг ашиглан өгөгдөл дамжуулах хурдыг нэмэгдүүлэхэд ашиглаж болно.
Терагерц долгион нь илүү өргөн харилцаа холбооны зурвасын өргөнийг хангаж чаддаг бөгөөд түүний давтамжийн хүрээ нь гар утасны холбооныхоос 1000 дахин их юм. Тиймээс хэт өндөр хурдны утасгүй холбооны системийг бий болгоход THz ашиглах нь өндөр өгөгдлийн хурдны сорилтыг шийдвэрлэх ирээдүйтэй шийдэл бөгөөд энэ нь олон судалгааны баг болон салбарын сонирхлыг татсан юм. 2017 оны 9-р сард 252-325 GHz-ийн доод THz давтамжийн хүрээнд цэгээс цэгт өгөгдөл солилцохыг тодорхойлдог анхны THz утасгүй холбооны стандарт IEEE 802.15.3d-2017 гарсан. Холбоосын өөр физик давхарга (PHY) нь өөр өөр зурвасын өргөнд 100 Гбит/с хүртэлх өгөгдлийн хурдыг бий болгож чадна.
0.12 THZ-ийн анхны амжилттай THZ холбооны системийг 2004 онд байгуулсан бөгөөд 0.3 THZ-ийн THZ холбооны системийг 2013 онд хэрэгжүүлсэн. Хүснэгт 1-т 2004-2013 оны хооронд Японд терагерц холбооны системийн судалгааны явцыг жагсаав.
Хүснэгт 1 2004-2013 онуудад Японд терагерц холбооны системийн судалгааны явц
2004 онд боловсруулсан холбооны системийн антенны бүтцийг Ниппон Телеграф ба Телефон Корпораци (NTT) 2005 онд дэлгэрэнгүй тайлбарласан. Зураг 2-т үзүүлсэн шиг антенны тохиргоог хоёр тохиолдолд танилцуулсан.
Зураг 2. Японы NTT 120 GHz утасгүй холбооны системийн бүдүүвч диаграмм
Систем нь фотоэлектрик хувиргалт болон антенныг нэгтгэж, хоёр ажлын горимыг ашигладаг:
1. Ойрын зайн дотор орчинд дотор ашиглагддаг хавтгай антенны дамжуулагч нь Зураг 2(a)-д үзүүлсэн шиг нэг шугамын зөөгч фотодиод (UTC-PD) чип, хавтгай үүрний антенн болон цахиурын линзээс бүрдэнэ.
2. Алсын зайн гадна орчинд дамжуулалтын алдагдал ихтэй болон илрүүлэгчийн мэдрэг чанар бага байх нөлөөллийг сайжруулахын тулд дамжуулагч антенн нь өндөр олшруулалттай байх ёстой. Одоо байгаа терагерц антенн нь 50 дБи-ээс дээш олшруулалттай Гауссын оптик линз ашигладаг. Тэжээлийн эвэр болон диэлектрик линзний хослолыг Зураг 2(b)-д үзүүлэв.
NTT нь 0.12 THz холбооны системийг хөгжүүлэхээс гадна 2012 онд 0.3 THz холбооны системийг боловсруулсан. Тасралтгүй оновчлолын ачаар дамжуулах хурд нь 100Gbps хүртэл өндөр байж болно. Хүснэгт 1-ээс харахад энэ нь терагерц холбооны хөгжилд ихээхэн хувь нэмэр оруулсан. Гэсэн хэдий ч одоогийн судалгааны ажил нь бага ажиллагааны давтамж, том хэмжээ, өндөр өртөг зэрэг сул талуудтай.
Одоогоор ашиглагдаж буй терагерц антеннуудын ихэнх нь миллиметрийн долгионы антеннаас өөрчлөгдсөн бөгөөд терагерц антеннуудад бага зэрэг шинэчлэл хийгдсэн. Тиймээс терагерц холбооны системийн гүйцэтгэлийг сайжруулахын тулд терагерц антеннуудыг оновчтой болгох нь чухал ажил юм. Хүснэгт 2-т Германы THz холбооны судалгааны ахиц дэвшлийг жагсаав. Зураг 3 (a)-д фотоник болон электроникийг хослуулсан төлөөллийн THz утасгүй холбооны системийг харуулав. Зураг 3 (b)-д салхин хонгилын туршилтын хэсгийг харуулав. Германы одоогийн судалгааны нөхцөл байдлаас харахад түүний судалгаа, хөгжүүлэлт нь бага давтамжтай, өндөр өртөгтэй, бага үр ашигтай зэрэг сул талуудтай.
Хүснэгт 2 Германд THz холбооны судалгааны явц
Зураг 3 Салхин хонгилын туршилтын хэсэг
CSIRO ICT төв нь THz доторх утасгүй холбооны системийн судалгааг эхлүүлсэн. Зураг 4-т үзүүлсэнчлэн тус төв нь жил болон холбооны давтамжийн хоорондын хамаарлыг судалсан. Зураг 4-өөс харахад 2020 он гэхэд утасгүй холбооны судалгаа нь THz зурвас руу чиглэх болно. Радио спектрийг ашиглан холбооны хамгийн их давтамж нь хорин жил тутамд арав дахин нэмэгддэг. Төв нь THz антенны шаардлагын талаар зөвлөмж гаргаж, THz холбооны системд зориулсан эвэр, линз зэрэг уламжлалт антеннуудыг санал болгосон. Зураг 5-т үзүүлсэнчлэн хоёр эвэрт антенн нь тус тус 0.84THz ба 1.7THz давтамжтайгаар ажилладаг бөгөөд энгийн бүтэцтэй, Гауссын цацрагийн сайн гүйцэтгэлтэй байдаг.
Зураг 4 Жил ба давтамжийн хоорондын хамаарал
RM-BDHA818-20A
RM-DCPHA105145-20
Зураг 5 Хоёр төрлийн эвэрт антенн
АНУ нь терагерц долгионы ялгаруулалт болон илрүүлэлтийн талаар өргөн хүрээтэй судалгаа хийсэн. Алдарт терагерц судалгааны лабораториудад Тийрэлтэт Хөдөлгөөний Лаборатори (JPL), Стэнфордын Шугаман Хурдасгуурын Төв (SLAC), АНУ-ын Үндэсний Лаборатори (LLNL), Үндэсний Агаарын Тэнгисийн Захиргаа (NASA), Үндэсний Шинжлэх Ухааны Сан (NSF) гэх мэт орно. Терагерц хэрэглээнд зориулсан шинэ терагерц антеннуудыг зохион бүтээсэн, тухайлбал эрвээхэй хэлбэртэй антенн болон давтамжийн цацрагийн жолоодлогын антенн. Терагерц антенны хөгжлөөс харахад бид одоогоор терагерц антенны гурван үндсэн дизайны санааг гаргаж авч чадна, Зураг 6-д үзүүлэв.
Зураг 6 Терагерц антенны гурван үндсэн дизайны санаа
Дээрх дүн шинжилгээнээс харахад олон улс орнууд терагерц антеннд ихээхэн анхаарал хандуулж байгаа ч энэ нь анхны судалгаа, хөгжлийн шатандаа явж байгааг харуулж байна. Өндөр тархалтын алдагдал болон молекулын шингээлтийн улмаас THz антеннууд нь дамжуулах зай болон хамрах хүрээгээр хязгаарлагддаг. Зарим судалгаанууд THz зурвасын бага ажиллагааны давтамжид анхаарлаа хандуулдаг. Терагерц антенны одоогийн судалгаа нь голчлон диэлектрик линз антенн гэх мэтийг ашиглан олшруулалтыг сайжруулах, зохих алгоритмуудыг ашиглан харилцаа холбооны үр ашгийг дээшлүүлэхэд чиглэгддэг. Үүнээс гадна, терагерц антенны савлагааны үр ашгийг хэрхэн сайжруулах нь бас маш тулгамдсан асуудал юм.
Ерөнхий THz антеннууд
THZ антеннуудын олон төрөл байдаг: конус хөндийтэй диполь антенн, булангийн тусгал массив, зангиа хэлбэртэй диполь, диэлектрик линзний хавтгай антенн, THZ эх үүсвэрийн цацрагийн эх үүсвэрийг үүсгэх фото дамжуулагч антенн, эвэрт антенн, графен материал дээр суурилсан THZ антенн гэх мэт. THZ антенн хийхэд ашигласан материалын дагуу тэдгээрийг металл антенн (голдуу эвэрт антенн), диэлектрик антенн (линзний антенн), шинэ материалын антенн гэж хувааж болно. Энэ хэсэгт эхлээд эдгээр антеннуудын урьдчилсан дүн шинжилгээг өгөх бөгөөд дараа нь дараагийн хэсэгт таван ердийн THZ антенныг нарийвчлан танилцуулж, гүнзгийрүүлэн шинжилнэ.
1. Металл антенн
Дууны антенн нь THz зурваст ажиллахаар бүтээгдсэн ердийн металл антенн юм. Сонгодог миллиметрийн долгион хүлээн авагчийн антенн нь конус хэлбэрийн эвэр юм. Атираат болон хос горимтой антенн нь эргэлтийн тэгш хэмтэй цацрагийн хэв маяг, 20-30 дБ өндөр ашиг, -30 дБ бага хөндлөн туйлшралын түвшин, 97% -98% холболтын үр ашиг зэрэг олон давуу талтай. Хоёр эвэрт антенны боломжтой зурвасын өргөн нь тус тус 30%-40% ба 6%-8% байна.
Терагерц долгионы давтамж маш өндөр тул эвэрт антенны хэмжээ маш жижиг тул эвэртийг боловсруулахад, ялангуяа антенны массивыг зохион бүтээхэд маш хэцүү болгодог бөгөөд боловсруулалтын технологийн нарийн төвөгтэй байдал нь хэт их зардал, хязгаарлагдмал үйлдвэрлэлд хүргэдэг. Нарийн төвөгтэй эвэртийн дизайны доод хэсгийг үйлдвэрлэхэд бэрхшээлтэй тул конус эсвэл конус эвэр хэлбэртэй энгийн эвэрт антенныг ихэвчлэн ашигладаг бөгөөд энэ нь өртөг болон процессын нарийн төвөгтэй байдлыг бууруулж, антенны цацрагийн гүйцэтгэлийг сайн хадгалах боломжтой.
Өөр нэг металл антенн бол 1.2 микрон диэлектрик хальсан дээр нэгтгэгдсэн, цахиурын хавтангаар сийлсэн уртааш хөндийд өлгөөтэй аялах долгионы антеннаас бүрдэх аялах долгионы пирамид антенн юм. Зураг 7-д үзүүлсэнчлэн энэхүү антенн нь Шоттки диодтой нийцтэй нээлттэй бүтэцтэй. Харьцангуй энгийн бүтэцтэй, үйлдвэрлэлийн шаардлага багатай тул ерөнхийдөө 0.6 THz-ээс дээш давтамжийн зурваст ашиглаж болно. Гэсэн хэдий ч антенны хажуугийн түвшин болон хөндлөн туйлшралын түвшин өндөр байгаа нь магадгүй нээлттэй бүтэцтэй холбоотой байж болох юм. Тиймээс түүний холболтын үр ашиг харьцангуй бага (ойролцоогоор 50%).
Зураг 7 Аялагч долгионы пирамид хэлбэрийн антенн
2. Диэлектрик антенн
Диэлектрик антенн нь диэлектрик суурь ба антенны радиаторын хослол юм. Зөв дизайн хийснээр диэлектрик антенн нь детектортой импедансын тохируулга хийх боломжтой бөгөөд энгийн процесс, хялбар нэгтгэх, хямд өртөг зэрэг давуу талуудтай. Сүүлийн жилүүдэд судлаачид терагерц диэлектрик антенны бага импеданс детектортой тохирох хэд хэдэн нарийн зурвасын болон өргөн зурвасын хажуугийн галын антеннуудыг зохион бүтээсэн: эрвээхэй антенн, давхар U хэлбэрийн антенн, логарифм-үелэг антенн, логарифм-үелэг синусоид антенн (Зураг 8). Үүнээс гадна, генетикийн алгоритмаар дамжуулан илүү төвөгтэй антенны геометрийг зохион бүтээж болно.
Зураг 8 Хавтгай антенны дөрвөн төрөл
Гэсэн хэдий ч диэлектрик антенн нь диэлектрик суурьтай хосолсон тул давтамж нь THz зурвас руу чиглэх үед гадаргуугийн долгионы нөлөө үүснэ. Энэхүү аюултай сул тал нь антенн ажиллах явцад их хэмжээний энерги алдаж, антенны цацрагийн үр ашгийг мэдэгдэхүйц бууруулахад хүргэдэг. Зураг 9-т үзүүлсэнчлэн, антенны цацрагийн өнцөг таслах өнцөгөөс их байх үед түүний энерги нь диэлектрик суурь дотор хязгаарлагдаж, суурь горимтой холбогддог.
Зураг 9 Антенны гадаргуугийн долгионы эффект
Субстратын зузаан нэмэгдэхийн хэрээр өндөр эрэмбийн горимуудын тоо нэмэгдэж, антенн болон субстратын хоорондох холболт нэмэгдэж, улмаар энергийн алдагдалд хүргэдэг. Гадаргуугийн долгионы эффектийг сулруулахын тулд гурван оновчлолын схем байдаг:
1) Цахилгаан соронзон долгионы цацраг үүсгэх шинж чанарыг ашиглан олшруулалтыг нэмэгдүүлэхийн тулд антенн дээр линз ачаална уу.
2) Цахилгаан соронзон долгионы өндөр эрэмбийн горимууд үүсэхийг дарахын тулд суурийн зузааныг багасгана.
3) Субстратын диэлектрик материалыг цахилгаан соронзон зурвасын зайгаар (EBG) солино. EBG-ийн орон зайн шүүлтүүрийн шинж чанарууд нь өндөр эрэмбийн горимуудыг дарангуйлж чаддаг.
3. Шинэ материалын антенн
Дээрх хоёр антеннаас гадна шинэ материалаар хийгдсэн терагерц антенн бас бий. Жишээлбэл, 2006 онд Жин Хао нар нүүрстөрөгчийн нано хоолойн дипол антенныг санал болгосон. Зураг 10 (a)-д үзүүлсэнчлэн дипол нь металл материалын оронд нүүрстөрөгчийн нано хоолойгоор хийгдсэн. Тэрээр нүүрстөрөгчийн нано хоолойн дипол антенны хэт улаан туяаны болон оптик шинж чанарыг сайтар судалж, оролтын импеданс, гүйдлийн тархалт, олшруулалт, үр ашиг, цацрагийн хэв маяг зэрэг хязгаарлагдмал урттай нүүрстөрөгчийн нано хоолойн дипол антенны ерөнхий шинж чанаруудын талаар хэлэлцсэн. Зураг 10 (b) нь нүүрстөрөгчийн нано хоолойн дипол антенны оролтын импеданс ба давтамжийн хоорондын хамаарлыг харуулж байна. Зураг 10 (b)-д үзүүлсэнчлэн оролтын импедансын төсөөллийн хэсэг нь өндөр давтамжтай үед олон тэгтэй байна. Энэ нь антенн нь өөр өөр давтамжтай үед олон резонанс үүсгэж чадна гэдгийг харуулж байна. Мэдээжийн хэрэг, нүүрстөрөгчийн нано хоолойн антенн нь тодорхой давтамжийн хүрээнд (THz-ийн бага давтамж) резонанс үзүүлдэг боловч энэ хязгаараас гадуур бүрэн резонанс гаргах боломжгүй юм.
Зураг 10 (a) Нүүрстөрөгчийн нано хоолойн дипол антенн. (b) Оролтын импеданс-давтамжийн муруй
2012 онд Самир Ф. Махмуд, Айед Р. Аль-Ажми нар нүүрстөрөгчийн нано хоолойд суурилсан шинэ терагерц антенны бүтцийг санал болгосон бөгөөд энэ нь хоёр диэлектрик давхаргад ороосон нүүрстөрөгчийн нано хоолойн багцаас бүрдэнэ. Дотор диэлектрик давхарга нь диэлектрик хөөсөн давхарга, гадна диэлектрик давхарга нь метаматериал давхарга юм. Тодорхой бүтцийг Зураг 11-д үзүүлэв. Туршилтын тусламжтайгаар нэг ханатай нүүрстөрөгчийн нано хоолойтой харьцуулахад антенны цацрагийн гүйцэтгэл сайжирсан.
Зураг 11 Нүүрстөрөгчийн нано хоолой дээр суурилсан шинэ терагерц антенн
Дээр санал болгож буй шинэ материалын терагерц антеннууд нь голчлон гурван хэмжээст юм. Антенны зурвасын өргөнийг сайжруулж, конформ антенн хийхийн тулд хавтгай графен антеннууд өргөн хүрээний анхаарал татсан. Графен нь маш сайн динамик тасралтгүй хяналтын шинж чанартай бөгөөд хэвийсэн хүчдэлийг тохируулснаар гадаргуугийн плазм үүсгэж чаддаг. Гадаргуугийн плазм нь эерэг диэлектрик тогтмол субстратууд (Si, SiO2 гэх мэт) болон сөрөг диэлектрик тогтмол субстратууд (үнэт металл, графен гэх мэт) хоорондох хил дээр байрладаг. Үнэт металл, графен зэрэг дамжуулагчдад олон тооны "чөлөөт электронууд" байдаг. Эдгээр чөлөөт электронуудыг мөн плазм гэж нэрлэдэг. Дамжуулагч дахь төрөлхийн потенциалын талбараас шалтгаалан эдгээр плазмууд тогтвортой төлөвт байдаг бөгөөд гадаад ертөнцөөс хөндөгддөггүй. Тусах цахилгаан соронзон долгионы энерги эдгээр плазмуудтай холбогдоход плазмууд тогтвортой төлөвөөс хазайж, чичирнэ. Хөрвүүлэлтийн дараа цахилгаан соронзон горим нь хил дээр хөндлөн соронзон долгион үүсгэдэг. Дрюд загвараар металлын гадаргуугийн плазмын тархалтын хамаарлын тайлбарын дагуу металлууд чөлөөт орон зайд цахилгаан соронзон долгионтой байгалийн жамаар холбогдож, энерги хувиргаж чадахгүй. Гадаргуугийн плазмын долгионыг өдөөхийн тулд бусад материалыг ашиглах шаардлагатай. Гадаргуугийн плазмын долгион нь металл-субстратын интерфейсийн зэрэгцээ чиглэлд хурдан задардаг. Металл дамжуулагч нь гадаргуутай перпендикуляр чиглэлд дамжуулах үед арьсны эффект үүсдэг. Мэдээжийн хэрэг, антенны жижиг хэмжээнээс шалтгаалан өндөр давтамжийн зурваст арьсны эффект үүсдэг бөгөөд энэ нь антенны гүйцэтгэлийг огцом бууруулж, терагерц антенны шаардлагыг хангаж чадахгүй. Графены гадаргуугийн плазмон нь зөвхөн өндөр холбох хүч, бага алдагдалтай төдийгүй тасралтгүй цахилгаан тохируулгыг дэмждэг. Үүнээс гадна, графен нь терагерц зурваст нарийн төвөгтэй дамжуулах чадвартай байдаг. Тиймээс удаан долгионы тархалт нь терагерц давтамж дахь плазмын горимтой холбоотой. Эдгээр шинж чанарууд нь терагерц зурваст металл материалыг орлуулах графенийн боломжийг бүрэн харуулж байна.
Графен гадаргуугийн плазмонуудын туйлшралын зан төлөвт үндэслэн Зураг 12-т шинэ төрлийн тууз антенныг харуулж, графен дахь плазмын долгионы тархалтын шинж чанарын зурвасын хэлбэрийг санал болгож байна. Тохируулж болох антенны зурвасын загвар нь шинэ материалын терагерц антенны тархалтын шинж чанарыг судлах шинэ аргыг нээж өгч байна.
Зураг 12 Шинэ зурвас антенн
Шинэ материалын терагерц антенны элементүүдийг судлахаас гадна графен нанопатч терагерц антеннуудыг терагерц олон оролттой олон гаралттай антенны холбооны системийг бүтээх массив хэлбэрээр зохион бүтээж болно. Антенны бүтцийг Зураг 13-т үзүүлэв. Графен нанопатч антенны өвөрмөц шинж чанарт үндэслэн антенны элементүүд нь микрон хэмжээний хэмжээстэй байдаг. Химийн уурын тунадас нь нимгэн никель давхарга дээр өөр өөр графен дүрсийг шууд нэгтгэж, тэдгээрийг ямар ч суурь руу дамжуулдаг. Тохирох тооны бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг сонгож, электростатик хэвийсэн хүчдэлийг өөрчилснөөр цацрагийн чиглэлийг үр дүнтэй өөрчилж, системийг дахин тохируулах боломжтой болгож чадна.
Зураг 13 Графен нано нөхөөс терагерц антенны массив
Шинэ материалын судалгаа нь харьцангуй шинэ чиглэл юм. Материалын инноваци нь уламжлалт антеннуудын хязгаарлалтыг эвдэж, дахин тохируулж болох метаматериал, хоёр хэмжээст (2D) материал гэх мэт олон төрлийн шинэ антеннуудыг хөгжүүлэх төлөвтэй байна. Гэсэн хэдий ч энэ төрлийн антенн нь голчлон шинэ материалын инноваци, процессын технологийн дэвшлээс хамаардаг. Ямар ч тохиолдолд терагерц антенныг хөгжүүлэхэд терагерц антенны өндөр ашиг, бага өртөг, өргөн зурвасын өргөний шаардлагыг хангахын тулд шинэлэг материал, нарийн боловсруулалтын технологи, шинэлэг дизайны бүтэц шаардлагатай.
Дараах нь гурван төрлийн терагерц антеннуудын үндсэн зарчмуудыг танилцуулж байна: металл антенн, диэлектрик антенн болон шинэ материалын антенн, тэдгээрийн ялгаа, давуу болон сул талуудыг шинжилнэ.
1. Металл антенн: Геометр нь энгийн, боловсруулахад хялбар, харьцангуй хямд өртөгтэй, суурь материалд бага шаардлага тавьдаг. Гэсэн хэдий ч металл антенн нь антенны байрлалыг тохируулах механик аргыг ашигладаг бөгөөд энэ нь алдаа гарах магадлалтай. Хэрэв тохируулга зөв хийгдээгүй бол антенны гүйцэтгэл эрс буурна. Металл антенн нь жижиг хэмжээтэй боловч хавтгай хэлхээгээр угсрахад хэцүү байдаг.
2. Диэлектрик антенн: Диэлектрик антенн нь бага оролтын эсэргүүцэлтэй, бага эсэргүүцэлтэй детектортой тохируулахад хялбар бөгөөд хавтгай хэлхээнд холбогдоход харьцангуй хялбар байдаг. Диэлектрик антеннуудын геометрийн хэлбэрт эрвээхэй хэлбэр, давхар U хэлбэр, уламжлалт логарифмын хэлбэр, логарифмын үечилсэн синус хэлбэр орно. Гэсэн хэдий ч диэлектрик антенн нь зузаан суурь материалаас үүдэлтэй гадаргуугийн долгионы нөлөө гэсэн аюултай дутагдалтай байдаг. Үүний шийдэл нь линзийг ачаалж, диэлектрик суурь материалын EBG бүтцээр солих явдал юм. Хоёр шийдэл хоёулаа технологийн шинэчлэл, үйл явцын технологи, материалыг тасралтгүй сайжруулахыг шаарддаг боловч тэдгээрийн маш сайн гүйцэтгэл (жишээлбэл, бүх чиглэлд чиглэсэн байдал болон гадаргуугийн долгионыг дарах) нь терагерц антенны судалгаанд шинэ санаа өгч чадна.
3. Шинэ материалын антенн: Одоогийн байдлаар нүүрстөрөгчийн нано хоолойгоор хийсэн шинэ дипол антенн болон метаматериалаар хийсэн шинэ антенны бүтэц гарч ирэв. Шинэ материалууд нь шинэ гүйцэтгэлийн нээлтийг авчирч болох ч гол санаа нь материалын шинжлэх ухааны инноваци юм. Одоогийн байдлаар шинэ материалын антенны судалгаа нь судалгааны шатандаа явж байгаа бөгөөд олон гол технологи хангалттай боловсорч гүйцээгүй байна.
Товчхондоо, дизайны шаардлагын дагуу терагерц антенны янз бүрийн төрлийг сонгож болно.
1) Хэрэв энгийн загвар, үйлдвэрлэлийн зардал бага шаардлагатай бол металл антенн сонгож болно.
2) Хэрэв өндөр интеграци ба бага оролтын импеданс шаардлагатай бол диэлектрик антенн сонгож болно.
3) Хэрэв гүйцэтгэлд нээлт хийх шаардлагатай бол шинэ материалын антенн сонгож болно.
Дээрх загваруудыг тодорхой шаардлагын дагуу тохируулж болно. Жишээлбэл, илүү их давуу тал олж авахын тулд хоёр төрлийн антенныг нэгтгэж болох боловч угсралтын арга болон дизайны технологи нь илүү хатуу шаардлагыг хангасан байх ёстой.
Антенны талаар дэлгэрэнгүй мэдээлэл авахыг хүсвэл дараах хаягаар зочилно уу.
Нийтэлсэн цаг: 2024 оны 8-р сарын 2
