ताररहित उपकरणहरूको बढ्दो लोकप्रियतासँगै, डाटा सेवाहरूले द्रुत विकासको नयाँ अवधिमा प्रवेश गरेको छ, जसलाई डाटा सेवाहरूको विस्फोटक वृद्धि पनि भनिन्छ। हाल, धेरै संख्यामा एप्लिकेसनहरू कम्प्युटरबाट वायरलेस यन्त्रहरू जस्तै मोबाइल फोनहरू जस्तै वास्तविक समयमा बोक्न र सञ्चालन गर्न सजिलो छ, तर यो अवस्थाले डाटा ट्राफिकमा तीव्र वृद्धि र ब्यान्डविथ स्रोतहरूको कमीलाई पनि निम्त्याएको छ। । तथ्याङ्क अनुसार, बजारमा डाटा दर आगामी 10 देखि 15 वर्षमा Gbps वा Tbps सम्म पुग्न सक्छ। हाल, THz संचार Gbps डाटा दरमा पुगेको छ, जबकि Tbps डाटा दर अझै विकासको प्रारम्भिक चरणमा छ। सम्बन्धित कागजले THz ब्यान्डमा आधारित Gbps डाटा दरहरूमा नवीनतम प्रगति सूचीबद्ध गर्दछ र भविष्यवाणी गर्दछ कि Tbps ध्रुवीकरण मल्टिप्लेक्सिङ मार्फत प्राप्त गर्न सकिन्छ। तसर्थ, डाटा ट्रान्समिशन दर बढाउनको लागि, एउटा सम्भाव्य समाधान भनेको नयाँ फ्रिक्वेन्सी ब्यान्ड विकास गर्नु हो, जुन टेराहर्ट्ज ब्यान्ड हो, जुन माइक्रोवेभ र इन्फ्रारेड प्रकाशको बीचमा रहेको "खाली क्षेत्र" मा छ। 2019 मा ITU विश्व रेडियोसञ्चार सम्मेलन (WRC-19) मा स्थिर र भूमि मोबाइल सेवाहरूको लागि 275-450GHz को फ्रिक्वेन्सी दायरा प्रयोग गरिएको छ। यो देख्न सकिन्छ कि terahertz ताररहित संचार प्रणालीले धेरै शोधकर्ताहरूको ध्यान आकर्षित गरेको छ।
Terahertz विद्युत चुम्बकीय तरंगहरू सामान्यतया 0.1-10THz (1THz = 1012Hz) को 0.03-3 मिमी तरंग लम्बाइको आवृत्ति ब्यान्डको रूपमा परिभाषित गरिन्छ। IEEE मानक अनुसार, terahertz तरंगहरूलाई 0.3-10THz को रूपमा परिभाषित गरिएको छ। चित्र १ ले टेराहर्ट्ज फ्रिक्वेन्सी ब्यान्ड माइक्रोवेभ र इन्फ्रारेड लाइटको बीचमा रहेको देखाउँछ।
चित्र। THz फ्रिक्वेन्सी ब्यान्डको योजनाबद्ध रेखाचित्र।
Terahertz एन्टेना को विकास
यद्यपि टेराहर्ट्ज अनुसन्धान 19 औं शताब्दीमा सुरु भएको थियो, यो त्यतिबेला स्वतन्त्र क्षेत्रको रूपमा अध्ययन गरिएको थिएन। टेराहर्ट्ज विकिरणको अनुसन्धान मुख्यतया टाढा-इन्फ्रारेड ब्यान्डमा केन्द्रित थियो। यो 20 औं शताब्दीको मध्य देखि अन्त सम्म थिएन कि शोधकर्ताहरूले टेराहर्ट्ज ब्यान्डमा मिलिमिटर तरंग अनुसन्धानलाई अगाडि बढाउन र विशेष टेराहर्ट्ज टेक्नोलोजी अनुसन्धान सञ्चालन गर्न थाले।
1980 को दशकमा, टेराहर्ट्ज विकिरण स्रोतहरूको उदयले व्यावहारिक प्रणालीहरूमा टेराहर्ट्ज तरंगहरूको प्रयोग सम्भव बनायो। 21 औं शताब्दीदेखि, ताररहित सञ्चार प्रविधिको द्रुत रूपमा विकास भएको छ, र सूचनाको लागि मानिसहरूको माग र सञ्चार उपकरणहरूमा भएको वृद्धिले सञ्चार डेटाको प्रसारण दरमा थप कडा आवश्यकताहरू अगाडि बढाएको छ। तसर्थ, भविष्यको सञ्चार प्रविधिको एउटा चुनौती भनेको एक स्थानमा प्रति सेकेन्ड गिगाबिटको उच्च डाटा दरमा सञ्चालन गर्नु हो। वर्तमान आर्थिक विकास अन्तर्गत, स्पेक्ट्रम स्रोतहरू बढ्दो दुर्लभ हुँदै गएको छ। यद्यपि, सञ्चार क्षमता र गतिको लागि मानव आवश्यकताहरू अनन्त छन्। स्पेक्ट्रम भीडको समस्याको लागि, धेरै कम्पनीहरूले स्पेक्टल मल्टिप्लेक्सिङ मार्फत स्पेक्ट्रम दक्षता र प्रणाली क्षमता सुधार गर्न बहु-इनपुट बहु-आउटपुट (MIMO) प्रविधि प्रयोग गर्छन्। 5G नेटवर्कको विकाससँगै, प्रत्येक प्रयोगकर्ताको डाटा जडान गति Gbps भन्दा बढी हुनेछ, र बेस स्टेशनहरूको डाटा ट्राफिक पनि उल्लेखनीय रूपमा वृद्धि हुनेछ। परम्परागत मिलिमिटर तरंग संचार प्रणालीहरूको लागि, माइक्रोवेभ लिङ्कहरूले यी विशाल डेटा स्ट्रिमहरू ह्यान्डल गर्न सक्षम हुने छैनन्। थप रूपमा, दृष्टि रेखाको प्रभावको कारण, इन्फ्रारेड संचारको प्रसारण दूरी छोटो छ र यसको सञ्चार उपकरणको स्थान निश्चित छ। तसर्थ, THz तरंगहरू, जुन माइक्रोवेभहरू र इन्फ्रारेड बीचमा छन्, उच्च-गति सञ्चार प्रणालीहरू निर्माण गर्न र THz लिङ्कहरू प्रयोग गरेर डाटा प्रसारण दरहरू बढाउन प्रयोग गर्न सकिन्छ।
Terahertz तरंगहरूले फराकिलो सञ्चार ब्यान्डविथ प्रदान गर्न सक्छ, र यसको फ्रिक्वेन्सी दायरा मोबाइल सञ्चारको भन्दा लगभग 1000 गुणा हो। तसर्थ, अल्ट्रा-हाइ-स्पीड वायरलेस संचार प्रणालीहरू निर्माण गर्न THz प्रयोग गर्नु उच्च डाटा दरहरूको चुनौतीको लागि एक आशाजनक समाधान हो, जसले धेरै अनुसन्धान टोली र उद्योगहरूको चासोलाई आकर्षित गरेको छ। सेप्टेम्बर 2017 मा, पहिलो THz ताररहित संचार मानक IEEE 802.15.3d-2017 जारी गरिएको थियो, जसले 252-325 GHz को तल्लो THz फ्रिक्वेन्सी दायरामा पोइन्ट-टु-पोइन्ट डेटा एक्सचेन्ज परिभाषित गर्दछ। लिङ्कको वैकल्पिक भौतिक तह (PHY) ले विभिन्न ब्यान्डविथहरूमा 100 Gbps सम्मको डाटा दरहरू प्राप्त गर्न सक्छ।
0.12 THz को पहिलो सफल THz संचार प्रणाली 2004 मा स्थापित भएको थियो, र 0.3 THz को THz संचार प्रणाली 2013 मा साकार भएको थियो। तालिका 1 ले 2004 देखि 2013 सम्म जापानमा terahertz संचार प्रणालीहरूको अनुसन्धान प्रगतिलाई सूचीबद्ध गर्दछ।
तालिका 1 2004 देखि 2013 सम्म जापानमा टेराहर्ट्ज सञ्चार प्रणालीको अनुसन्धान प्रगति
सन् २००५ मा निप्पोन टेलिग्राफ एण्ड टेलिफोन कर्पोरेशन (एनटीटी) द्वारा सन् २००४ मा विकसित भएको सञ्चार प्रणालीको एन्टेना संरचनालाई विस्तृत रूपमा वर्णन गरिएको थियो। चित्र २ मा देखाइएअनुसार एन्टेना कन्फिगरेसन दुईवटा अवस्थामा प्रस्तुत गरिएको थियो।
चित्र 2 जापानको NTT 120 GHz ताररहित संचार प्रणालीको योजनाबद्ध रेखाचित्र
प्रणालीले फोटोइलेक्ट्रिक रूपान्तरण र एन्टेनालाई एकीकृत गर्दछ र दुई कार्य मोडहरू अपनाउँछ:
1. क्लोज-रेन्ज इनडोर वातावरणमा, घर भित्र प्रयोग गरिएको प्लानर एन्टेना ट्रान्समिटरमा एकल-लाइन क्यारियर फोटोडियोड (UTC-PD) चिप, प्लानर स्लट एन्टेना र सिलिकन लेन्स हुन्छ, चित्र 2(a) मा देखाइएको छ।
2. लामो दूरीको बाहिरी वातावरणमा, ठूलो प्रसारण हानि र डिटेक्टरको कम संवेदनशीलताको प्रभाव सुधार गर्न, ट्रान्समिटर एन्टेना उच्च लाभ हुनुपर्दछ। अवस्थित terahertz एन्टेनाले 50 dBi भन्दा बढीको लाभको साथ गाउसियन अप्टिकल लेन्स प्रयोग गर्दछ। फिड हर्न र डाइलेक्ट्रिक लेन्स संयोजन चित्र 2(b) मा देखाइएको छ।
०.१२ THz सञ्चार प्रणाली विकास गर्नुका साथै, NTT ले २०१२ मा ०.३THz सञ्चार प्रणाली पनि विकास गर्यो। निरन्तर अप्टिमाइजेसनको माध्यमबाट, प्रसारण दर १०० जीबीपीएससम्म उच्च हुन सक्छ। तालिका १ बाट देख्न सकिन्छ, यसले टेराहर्ट्ज सञ्चारको विकासमा ठूलो योगदान गरेको छ। यद्यपि, हालको अनुसन्धान कार्यमा कम सञ्चालन आवृत्ति, ठूलो आकार र उच्च लागतको बेफाइदाहरू छन्।
हाल प्रयोग गरिएका धेरैजसो टेराहर्ट्ज एन्टेना मिलिमिटर वेभ एन्टेनाबाट परिमार्जन गरिएका छन्, र टेराहर्ट्ज एन्टेनामा थोरै नवीनता छ। तसर्थ, terahertz संचार प्रणाली को प्रदर्शन सुधार गर्न को लागी, एक महत्वपूर्ण कार्य terahertz एन्टेना अनुकूलन गर्न को लागी हो। तालिका २ ले जर्मन THz संचारको अनुसन्धान प्रगतिलाई सूचीबद्ध गर्दछ। चित्र 3 (a) ले फोटोनिक्स र इलेक्ट्रोनिक्स संयोजन गर्ने प्रतिनिधि THz ताररहित संचार प्रणाली देखाउँछ। चित्र ३ (b) ले पवन सुरुङ परीक्षण दृश्य देखाउँछ। जर्मनीको वर्तमान अनुसन्धान अवस्थालाई हेर्दा, यसको अनुसन्धान र विकासमा पनि कम सञ्चालन आवृत्ति, उच्च लागत र कम दक्षता जस्ता बेफाइदाहरू छन्।
तालिका 2 जर्मनीमा THz संचारको अनुसन्धान प्रगति
चित्र 3 पवन सुरुङ परीक्षण दृश्य
CSIRO ICT केन्द्रले THz भित्री ताररहित संचार प्रणालीमा पनि अनुसन्धान सुरु गरेको छ। केन्द्रले वर्ष र सञ्चार आवृत्ति बीचको सम्बन्धको अध्ययन गर्यो, चित्र 4 मा देखाइए अनुसार। चित्र 4 बाट देख्न सकिन्छ, 2020 सम्म, ताररहित संचारमा अनुसन्धानले THz ब्यान्डमा झुण्ड्याउँछ। रेडियो स्पेक्ट्रम प्रयोग गरेर अधिकतम संचार आवृत्ति प्रत्येक बीस वर्षमा लगभग दस गुणा बढ्छ। केन्द्रले THz एन्टेनाका लागि आवश्यकताहरू र THz सञ्चार प्रणालीहरूको लागि हर्न र लेन्स जस्ता परम्परागत एन्टेनाहरू प्रस्तावित गरेको छ। चित्र 5 मा देखाइए अनुसार, दुई हर्न एन्टेनाहरू क्रमशः 0.84THz र 1.7THz मा काम गर्छन्, एक साधारण संरचना र राम्रो गाउसियन बीम प्रदर्शन।
चित्र 4 वर्ष र आवृत्ति बीचको सम्बन्ध
RM-BDHA818-20A
RM-DCPHA105145-20
चित्र 5 दुई प्रकारका हर्न एन्टेना
संयुक्त राज्य अमेरिकाले टेराहर्ट्ज तरंगहरूको उत्सर्जन र पत्ता लगाउन व्यापक अनुसन्धान गरेको छ। प्रसिद्ध टेराहर्ट्ज अनुसन्धान प्रयोगशालाहरूमा जेट प्रोपल्सन प्रयोगशाला (जेपीएल), स्ट्यानफोर्ड लिनियर एक्सेलेरेटर सेन्टर (SLAC), अमेरिकी राष्ट्रिय प्रयोगशाला (LLNL), नेशनल एरोनटिक्स एण्ड स्पेस एडमिनिस्ट्रेशन (NASA), नेशनल साइन्स फाउन्डेशन (NSF), आदि पर्छन्। टेराहर्ट्ज अनुप्रयोगहरूको लागि नयाँ टेराहर्ट्ज एन्टेना डिजाइन गरिएको छ, जस्तै बोटी एन्टेना र फ्रिक्वेन्सी बीम स्टीयरिङ एन्टेना। टेराहर्ट्ज एन्टेनाको विकास अनुसार, चित्र 6 मा देखाइए अनुसार, हामी हाल टेराहर्ट्ज एन्टेनाका लागि तीन आधारभूत डिजाइन विचारहरू प्राप्त गर्न सक्छौं।
चित्र 6 टेराहर्ट्ज एन्टेनाका लागि तीन आधारभूत डिजाइन विचारहरू
माथिको विश्लेषणले देखाउँछ कि यद्यपि धेरै देशहरूले टेराहर्ट्ज एन्टेनाहरूमा ठूलो ध्यान दिएका छन्, यो अझै प्रारम्भिक अन्वेषण र विकास चरणमा छ। उच्च प्रसार हानि र आणविक अवशोषणको कारण, THz एन्टेना सामान्यतया प्रसारण दूरी र कभरेज द्वारा सीमित छन्। केही अध्ययनहरूले THz ब्यान्डमा कम सञ्चालन आवृत्तिहरूमा ध्यान केन्द्रित गर्दछ। अवस्थित terahertz एन्टेना अनुसन्धान मुख्यतया डाइलेक्ट्रिक लेन्स एन्टेना, आदि प्रयोग गरेर लाभ सुधार गर्न, र उपयुक्त एल्गोरिदम प्रयोग गरेर संचार दक्षता सुधार गर्न केन्द्रित छ। थप रूपमा, terahertz एन्टेना प्याकेजिङ्गको दक्षता कसरी सुधार गर्ने यो पनि एकदमै जरुरी मुद्दा हो।
सामान्य THz एन्टेना
त्यहाँ धेरै प्रकारका THz एन्टेनाहरू उपलब्ध छन्: कोनिकल क्याभिटीसहितको द्विध्रुवीय एन्टेना, कुना रिफ्लेक्टर एरेहरू, बाउटी डाइपोलहरू, डाइलेक्ट्रिक लेन्स प्लानर एन्टेनाहरू, THz स्रोत विकिरण स्रोतहरू उत्पन्न गर्न फोटोकन्डक्टिभ एन्टेनाहरू, हर्न एन्टेनाहरू, THz सामग्रीमा आधारित सामग्रीहरू, आदि। THz बनाउन प्रयोग गरिने सामग्री एन्टेनाहरू, तिनीहरू मोटे रूपमा धातु एन्टेना (मुख्य रूपमा हर्न एन्टेना), डाइलेक्ट्रिक एन्टेना (लेन्स एन्टेना), र नयाँ सामग्री एन्टेनाहरूमा विभाजित गर्न सकिन्छ। यस खण्डले पहिले यी एन्टेनाहरूको प्रारम्भिक विश्लेषण दिन्छ, र त्यसपछि अर्को खण्डमा, पाँच विशिष्ट THz एन्टेनाहरू विस्तृत रूपमा प्रस्तुत गरिन्छ र गहिराइमा विश्लेषण गरिन्छ।
1. धातु एन्टेना
हर्न एन्टेना एक विशिष्ट धातु एन्टेना हो जुन THz ब्यान्डमा काम गर्न डिजाइन गरिएको हो। क्लासिक मिलिमिटर तरंग रिसीभरको एन्टेना एक कोनिकल हर्न हो। नालीदार र दोहोरो-मोड एन्टेनाका धेरै फाइदाहरू छन्, जसमा घुमाउरो सममित विकिरण ढाँचा, 20 देखि 30 dBi को उच्च लाभ र -30 dB को कम क्रस-ध्रुवीकरण स्तर, र 97% देखि 98% को युग्मन दक्षता। दुई हर्न एन्टेनाको उपलब्ध ब्यान्डविथहरू क्रमशः ३०%-४०% र ६%-८% छन्।
टेराहर्ट्ज तरंगहरूको आवृत्ति धेरै उच्च भएकोले, हर्न एन्टेनाको आकार धेरै सानो छ, जसले हर्नको प्रशोधनलाई धेरै गाह्रो बनाउँछ, विशेष गरी एन्टेना एरेहरूको डिजाइनमा, र प्रशोधन प्रविधिको जटिलताले अत्यधिक लागत निम्त्याउँछ र। सीमित उत्पादन। जटिल हर्न डिजाइनको तल्लो भाग निर्माण गर्न कठिनाईको कारण, एक कोनिकल वा कोनिकल हर्नको रूपमा एक साधारण हर्न एन्टेना सामान्यतया प्रयोग गरिन्छ, जसले लागत र प्रक्रियाको जटिलता कम गर्न सक्छ, र एन्टेनाको विकिरण प्रदर्शनलाई कायम राख्न सकिन्छ। राम्रो।
अर्को मेटल एन्टेना एक ट्राभलिङ वेभ पिरामिड एन्टेना हो, जसमा १.२ माइक्रोन डाइइलेक्ट्रिक फिल्ममा एकीकृत ट्राभल वेभ एन्टेना हुन्छ र चित्र 7 मा देखाइए अनुसार सिलिकन वेफरमा नक्कल गरिएको अनुदैर्ध्य गुहामा निलम्बित हुन्छ। यो एन्टेना खुला संरचना हो। Schottky डायोड संग उपयुक्त। यसको अपेक्षाकृत सरल संरचना र कम उत्पादन आवश्यकताहरूको कारण, यो सामान्यतया 0.6 THz माथि फ्रिक्वेन्सी ब्यान्डहरूमा प्रयोग गर्न सकिन्छ। यद्यपि, एन्टेनाको साइडलोब स्तर र क्रस-ध्रुवीकरण स्तर उच्च छ, सम्भवतः यसको खुला संरचनाको कारणले। तसर्थ, यसको युग्मन दक्षता अपेक्षाकृत कम छ (लगभग 50%)।
चित्र 7 यात्रा लहर पिरामिडल एन्टेना
2. डाइलेक्ट्रिक एन्टेना
डाइलेक्ट्रिक एन्टेना एक डाइलेक्ट्रिक सब्सट्रेट र एन्टेना रेडिएटरको संयोजन हो। उचित डिजाइन मार्फत, डाइलेक्ट्रिक एन्टेनाले डिटेक्टरसँग मिल्दो प्रतिबाधा हासिल गर्न सक्छ, र सरल प्रक्रिया, सजिलो एकीकरण, र कम लागतको फाइदाहरू छन्। हालैका वर्षहरूमा, शोधकर्ताहरूले टेराहर्ट्ज डाइलेक्ट्रिक एन्टेनाको कम प्रतिबाधा डिटेक्टरहरूसँग मिल्न सक्ने धेरै न्यारोब्यान्ड र ब्रोडब्यान्ड साइड-फायर एन्टेनाहरू डिजाइन गरेका छन्: बटरफ्लाइ एन्टेना, डबल यू-आकारको एन्टेना, लग-आवधिक एन्टेना, र लग-आवधिक साइनसाइडल एन्टेना। चित्र 8 मा देखाइएको छ। साथै, थप जटिल एन्टेना ज्यामितिहरू आनुवंशिक एल्गोरिदम मार्फत डिजाइन गर्न सकिन्छ।
चित्र 8 चार प्रकारका प्लानर एन्टेनाहरू
यद्यपि, डाइलेक्ट्रिक एन्टेना डाइइलेक्ट्रिक सब्सट्रेटसँग जोडिएको हुनाले, फ्रिक्वेन्सी THz ब्यान्डमा झुक्दा सतह तरंग प्रभाव देखा पर्नेछ। यस घातक हानिले एन्टेनालाई सञ्चालनको क्रममा धेरै ऊर्जा गुमाउनेछ र एन्टेना विकिरण दक्षतामा उल्लेखनीय कमी ल्याउनेछ। चित्र 9 मा देखाइए अनुसार, जब एन्टेना विकिरण कोण कटअफ कोण भन्दा ठूलो हुन्छ, यसको ऊर्जा डाइलेक्ट्रिक सब्सट्रेटमा सीमित हुन्छ र सब्सट्रेट मोडसँग जोडिन्छ।
चित्र 9 एन्टेना सतह तरंग प्रभाव
सब्सट्रेटको मोटाई बढ्दै जाँदा, उच्च-अर्डर मोडहरूको संख्या बढ्छ, र एन्टेना र सब्सट्रेट बीचको युग्मन बढ्छ, जसले गर्दा ऊर्जाको क्षति हुन्छ। सतह तरंग प्रभाव कमजोर गर्न को लागी, त्यहाँ तीन अनुकूलन योजनाहरु छन्:
१) विद्युत चुम्बकीय तरंगहरूको बीमफर्मिङ विशेषताहरू प्रयोग गरेर लाभ बढाउन एन्टेनामा लेन्स लोड गर्नुहोस्।
२) विद्युत चुम्बकीय तरंगहरूको उच्च-अर्डर मोडहरूको उत्पादनलाई दबाउन सब्सट्रेटको मोटाई घटाउनुहोस्।
3) सब्सट्रेट डाइलेक्ट्रिक सामग्रीलाई इलेक्ट्रोम्याग्नेटिक ब्यान्ड ग्याप (EBG) ले बदल्नुहोस्। EBG को स्थानिक फिल्टरिंग विशेषताहरूले उच्च-अर्डर मोडहरूलाई दबाउन सक्छ।
3. नयाँ सामग्री एन्टेना
माथिका दुई एन्टेनाको अतिरिक्त, नयाँ सामग्रीबाट बनेको टेराहर्ट्ज एन्टेना पनि छ। उदाहरण को लागी, 2006 मा, जिन हाओ एट अल। कार्बन नानोट्यूब द्विध्रुव एन्टेना प्रस्तावित। चित्र 10 (a) मा देखाइए अनुसार, द्विध्रुव धातु सामग्रीको सट्टा कार्बन नानोट्यूबबाट बनेको छ। उनले कार्बन नानोट्युब डाइपोल एन्टेनाको इन्फ्रारेड र अप्टिकल गुणहरू ध्यानपूर्वक अध्ययन गरे र सीमित-लम्बाइ कार्बन नानोट्यूब डाइपोल एन्टेनाको सामान्य विशेषताहरू, जस्तै इनपुट प्रतिबाधा, वर्तमान वितरण, लाभ, दक्षता र विकिरण ढाँचाको बारेमा छलफल गरे। चित्र 10 (b) ले कार्बन नानोट्यूब डाइपोल एन्टेनाको इनपुट प्रतिबाधा र आवृत्ति बीचको सम्बन्ध देखाउँछ। चित्र 10(b) मा देख्न सकिन्छ, इनपुट प्रतिबाधाको काल्पनिक भागमा उच्च आवृत्तिहरूमा धेरै शून्यहरू छन्। यसले संकेत गर्छ कि एन्टेनाले विभिन्न फ्रिक्वेन्सीहरूमा धेरै अनुनादहरू प्राप्त गर्न सक्छ। स्पष्ट रूपमा, कार्बन नानोट्यूब एन्टेनाले निश्चित फ्रिक्वेन्सी दायरा (तल्लो THz फ्रिक्वेन्सी) भित्र अनुनाद प्रदर्शन गर्दछ, तर यो दायरा बाहिर प्रतिध्वनि गर्न पूर्ण रूपमा असमर्थ छ।
चित्र 10 (a) कार्बन नैनोट्यूब डाइपोल एन्टेना। (b) इनपुट प्रतिबाधा-फ्रिक्वेन्सी वक्र
2012 मा, समीर एफ. महमूद र आयद आर अल अजमीले कार्बन नानोट्यूबमा आधारित नयाँ टेराहर्ट्ज एन्टेना संरचना प्रस्ताव गरे, जसमा दुई डाइलेक्ट्रिक तहहरूमा बेरिएको कार्बन नानोट्यूबको बन्डल हुन्छ। भित्री डाइलेक्ट्रिक तह एक डाइलेक्ट्रिक फोम तह हो, र बाहिरी डाइलेक्ट्रिक तह एक मेटामेटरियल तह हो। विशिष्ट संरचना चित्र 11 मा देखाइएको छ। परीक्षण मार्फत, एकल पर्खाल कार्बन नानोट्यूबको तुलनामा एन्टेनाको विकिरण कार्यसम्पादन सुधार गरिएको छ।
चित्र 11 कार्बन नानोट्यूबमा आधारित नयाँ टेराहर्ट्ज एन्टेना
माथि प्रस्तावित नयाँ सामग्री टेराहर्ट्ज एन्टेनाहरू मुख्यतया त्रि-आयामी हुन्। एन्टेनाको ब्यान्डविथ सुधार गर्न र कन्फर्मल एन्टेना बनाउन, प्लानर ग्राफिन एन्टेनाले व्यापक ध्यान प्राप्त गरेको छ। ग्राफिनमा उत्कृष्ट गतिशील निरन्तर नियन्त्रण विशेषताहरू छन् र पूर्वाग्रह भोल्टेज समायोजन गरेर सतह प्लाज्मा उत्पन्न गर्न सक्छ। सतह प्लाज्मा सकारात्मक डाइलेक्ट्रिक स्थिर सब्सट्रेटहरू (जस्तै Si, SiO2, आदि) र नकारात्मक डाइलेक्ट्रिक स्थिर सब्सट्रेटहरू (जस्तै बहुमूल्य धातुहरू, ग्राफिन, आदि) बीचको इन्टरफेसमा अवस्थित छ। बहुमूल्य धातुहरू र ग्राफिन जस्ता कन्डक्टरहरूमा ठूलो संख्यामा "मुक्त इलेक्ट्रोनहरू" छन्। यी मुक्त इलेक्ट्रोनहरूलाई प्लाज्मा पनि भनिन्छ। कन्डक्टरमा अन्तर्निहित सम्भावित क्षेत्रको कारण, यी प्लाज्माहरू स्थिर अवस्थामा छन् र बाहिरी संसारबाट विचलित छैनन्। जब घटना विद्युत चुम्बकीय तरंग ऊर्जा यी प्लाज्माहरूसँग जोडिन्छ, प्लाज्मा स्थिर अवस्थाबाट विचलित हुन्छ र कम्पन हुन्छ। रूपान्तरण पछि, विद्युत चुम्बकीय मोडले इन्टरफेसमा ट्रान्सभर्स चुम्बकीय तरंग बनाउँछ। ड्रुड मोडेलद्वारा धातु सतह प्लाज्माको फैलावट सम्बन्धको विवरण अनुसार, धातुहरू प्राकृतिक रूपमा खाली ठाउँमा विद्युत चुम्बकीय तरंगहरूसँग जोडिन र ऊर्जा रूपान्तरण गर्न सक्दैनन्। सतह प्लाज्मा तरंगहरू उत्तेजित गर्न अन्य सामग्रीहरू प्रयोग गर्न आवश्यक छ। सतह प्लाज्मा तरंगहरू धातु-सब्सट्रेट इन्टरफेसको समानान्तर दिशामा द्रुत रूपमा क्षय हुन्छ। जब धातु कन्डक्टरले सतहको लम्बवत दिशामा सञ्चालन गर्दछ, छालाको प्रभाव हुन्छ। स्पष्ट रूपमा, एन्टेनाको सानो आकारको कारणले, उच्च आवृत्ति ब्यान्डमा छालाको प्रभाव हुन्छ, जसले एन्टेनाको कार्यसम्पादन तीव्र रूपमा घटाउँछ र टेराहर्ट्ज एन्टेनाको आवश्यकताहरू पूरा गर्न सक्दैन। ग्राफिनको सतह प्लाज्मोनमा उच्च बाध्यकारी बल र कम हानि मात्र हुँदैन, तर निरन्तर विद्युतीय ट्युनिङलाई पनि समर्थन गर्दछ। थप रूपमा, टेराहर्ट्ज ब्यान्डमा ग्राफिनको जटिल चालकता छ। तसर्थ, ढिलो तरंग प्रसार terahertz फ्रिक्वेन्सीहरूमा प्लाज्मा मोडसँग सम्बन्धित छ। यी विशेषताहरूले टेराहर्ट्ज ब्यान्डमा धातु सामग्रीहरू प्रतिस्थापन गर्न ग्राफिनको सम्भाव्यता पूर्ण रूपमा प्रदर्शन गर्दछ।
ग्राफिन सतह प्लाज्मोनको ध्रुवीकरण व्यवहारको आधारमा, चित्र 12 ले नयाँ प्रकारको स्ट्रिप एन्टेना देखाउँछ, र ग्राफिनमा प्लाज्मा तरंगहरूको प्रसार विशेषताहरूको ब्यान्ड आकार प्रस्ताव गर्दछ। ट्युनेबल एन्टेना ब्यान्डको डिजाइनले नयाँ सामग्री टेराहर्ट्ज एन्टेनाको प्रसार विशेषताहरू अध्ययन गर्न नयाँ तरिका प्रदान गर्दछ।
चित्र १२ नयाँ स्ट्रिप एन्टेना
एकाइ नयाँ सामग्री terahertz एन्टेना तत्वहरू अन्वेषणको अतिरिक्त, graphene nanopatch terahertz एन्टेनाहरू पनि terahertz बहु-इनपुट बहु-आउटपुट एन्टेना संचार प्रणालीहरू निर्माण गर्न एरेको रूपमा डिजाइन गर्न सकिन्छ। एन्टेना संरचना चित्र 13 मा देखाइएको छ। ग्राफिन न्यानोप्याच एन्टेनाको अद्वितीय गुणहरूमा आधारित, एन्टेना तत्वहरूमा माइक्रोन-स्केल आयामहरू छन्। रासायनिक वाष्प निक्षेपले सीधा पातलो निकल तहमा विभिन्न ग्राफिन छविहरू संश्लेषण गर्दछ र तिनीहरूलाई कुनै पनि सब्सट्रेटमा स्थानान्तरण गर्दछ। कम्पोनेन्टहरूको उपयुक्त संख्या चयन गरेर र इलेक्ट्रोस्ट्याटिक पूर्वाग्रह भोल्टेज परिवर्तन गरेर, विकिरण दिशालाई प्रभावकारी रूपमा परिवर्तन गर्न सकिन्छ, प्रणालीलाई पुन: कन्फिगर गर्न सकिन्छ।
चित्र 13 Graphene nanopatch terahertz एन्टेना एरे
नयाँ सामग्रीको अनुसन्धान अपेक्षाकृत नयाँ दिशा हो। सामग्रीको नवाचारले परम्परागत एन्टेनाको सीमितताहरू तोडेर विभिन्न प्रकारका नयाँ एन्टेनाहरू विकास गर्ने अपेक्षा गरिन्छ, जस्तै पुन: कन्फिगर गर्न मिल्ने मेटामेटेरियलहरू, दुई-आयामी (2D) सामग्रीहरू, इत्यादि। यद्यपि, यस प्रकारको एन्टेना मुख्यतया नयाँको आविष्कारमा निर्भर गर्दछ। सामग्री र प्रक्रिया प्रविधिको विकास। जे भए पनि, टेराहर्ट्ज एन्टेनाको विकासलाई उच्च लाभ, कम लागत र टेराहर्ट्ज एन्टेनाको फराकिलो ब्यान्डविथ आवश्यकताहरू पूरा गर्न नवीन सामग्री, सटीक प्रशोधन प्रविधि र उपन्यास डिजाइन संरचनाहरू आवश्यक पर्दछ।
निम्नले तीन प्रकारका टेराहर्ट्ज एन्टेनाहरूको आधारभूत सिद्धान्तहरू प्रस्तुत गर्दछ: धातु एन्टेना, डाइलेक्ट्रिक एन्टेना र नयाँ सामग्री एन्टेना, र तिनीहरूको भिन्नता र फाइदाहरू र बेफाइदाहरूको विश्लेषण गर्दछ।
1. धातु एन्टेना: ज्यामिति सरल छ, प्रक्रिया गर्न सजिलो छ, अपेक्षाकृत कम लागत, र सब्सट्रेट सामग्री को लागी कम आवश्यकताहरु। यद्यपि, मेटल एन्टेनाहरूले एन्टेनाको स्थिति समायोजन गर्न मेकानिकल विधि प्रयोग गर्दछ, जुन त्रुटिहरूको खतरा हुन्छ। यदि समायोजन सही छैन भने, एन्टेनाको प्रदर्शन धेरै कम हुनेछ। यद्यपि मेटल एन्टेना आकारमा सानो छ, यो प्लानर सर्किट संग भेला गर्न गाह्रो छ।
2. डाइलेक्ट्रिक एन्टेना: डाइलेक्ट्रिक एन्टेनाको कम इनपुट प्रतिबाधा छ, कम प्रतिबाधा डिटेक्टरसँग मिलाउन सजिलो छ, र प्लानर सर्किटसँग जडान गर्न अपेक्षाकृत सरल छ। डाइलेक्ट्रिक एन्टेनाको ज्यामितीय आकारहरूमा पुतली आकार, डबल यू आकार, परम्परागत लोगारिदमिक आकार र लॉगरिदमिक आवधिक साइन आकार समावेश छ। यद्यपि, डाइलेक्ट्रिक एन्टेनाहरूमा पनि घातक दोष हुन्छ, अर्थात् बाक्लो सब्सट्रेटको कारणले सतह तरंग प्रभाव। समाधान भनेको लेन्स लोड गर्नु र डाइलेक्ट्रिक सब्सट्रेटलाई EBG संरचनाको साथ बदल्नु हो। दुबै समाधानका लागि प्रक्रिया प्रविधि र सामग्रीहरूको नवाचार र निरन्तर सुधार आवश्यक छ, तर तिनीहरूको उत्कृष्ट प्रदर्शन (जस्तै सर्वदिशाात्मकता र सतह तरंग दमन) ले टेराहर्ट्ज एन्टेनाहरूको अनुसन्धानको लागि नयाँ विचारहरू प्रदान गर्न सक्छ।
3. नयाँ सामग्री एन्टेना: वर्तमानमा, कार्बन नानोट्यूबहरूबाट बनेका नयाँ द्विध्रुव एन्टेनाहरू र मेटामेटरियलहरूबाट बनेको नयाँ एन्टेना संरचनाहरू देखा परेका छन्। नयाँ सामग्रीहरूले नयाँ प्रदर्शन सफलताहरू ल्याउन सक्छ, तर आधार सामग्री विज्ञानको नवीनता हो। हाल, नयाँ सामग्री एन्टेनाहरूमा अनुसन्धान अझै अन्वेषण चरणमा छ, र धेरै प्रमुख प्रविधिहरू पर्याप्त परिपक्व छैनन्।
संक्षेपमा, विभिन्न प्रकारका terahertz एन्टेनाहरू डिजाइन आवश्यकताहरू अनुसार चयन गर्न सकिन्छ:
1) यदि साधारण डिजाइन र कम उत्पादन लागत आवश्यक छ भने, धातु एन्टेना चयन गर्न सकिन्छ।
2) यदि उच्च एकीकरण र कम इनपुट प्रतिबाधा आवश्यक छ भने, डाइलेक्ट्रिक एन्टेनाहरू चयन गर्न सकिन्छ।
3) यदि प्रदर्शनमा सफलता आवश्यक छ भने, नयाँ सामग्री एन्टेनाहरू चयन गर्न सकिन्छ।
माथिको डिजाइनहरू पनि विशिष्ट आवश्यकताहरू अनुसार समायोजन गर्न सकिन्छ। उदाहरणका लागि, दुई प्रकारका एन्टेनाहरू थप फाइदाहरू प्राप्त गर्न संयोजन गर्न सकिन्छ, तर असेंबली विधि र डिजाइन प्रविधिले थप कडा आवश्यकताहरू पूरा गर्नुपर्छ।
एन्टेना बारे थप जान्नको लागि, कृपया भ्रमण गर्नुहोस्:
पोस्ट समय: अगस्ट-02-2024
