वायरलेस उपकरणहरूको बढ्दो लोकप्रियतासँगै, डेटा सेवाहरू द्रुत विकासको नयाँ अवधिमा प्रवेश गरेका छन्, जसलाई डेटा सेवाहरूको विस्फोटक वृद्धि पनि भनिन्छ। हाल, धेरै संख्यामा अनुप्रयोगहरू कम्प्युटरबाट बिस्तारै वास्तविक समयमा बोक्न र सञ्चालन गर्न सजिलो मोबाइल फोन जस्ता वायरलेस उपकरणहरूमा सर्दै छन्, तर यो अवस्थाले डेटा ट्राफिकमा द्रुत वृद्धि र ब्यान्डविथ स्रोतहरूको अभाव पनि निम्त्याएको छ। तथ्याङ्क अनुसार, बजारमा डेटा दर अर्को १० देखि १५ वर्षमा Gbps वा Tbps सम्म पुग्न सक्छ। हाल, THz सञ्चार Gbps डेटा दरमा पुगेको छ, जबकि Tbps डेटा दर अझै विकासको प्रारम्भिक चरणमा छ। सम्बन्धित पेपरले THz ब्यान्डमा आधारित Gbps डेटा दरहरूमा पछिल्लो प्रगति सूचीबद्ध गर्दछ र भविष्यवाणी गर्दछ कि Tbps ध्रुवीकरण मल्टिप्लेक्सिङ मार्फत प्राप्त गर्न सकिन्छ। त्यसकारण, डेटा प्रसारण दर बढाउनको लागि, एक सम्भाव्य समाधान भनेको नयाँ फ्रिक्वेन्सी ब्यान्ड विकास गर्नु हो, जुन टेराहर्ट्ज ब्यान्ड हो, जुन माइक्रोवेभ र इन्फ्रारेड प्रकाश बीचको "खाली क्षेत्र" मा छ। २०१९ मा भएको ITU विश्व रेडियोसञ्चार सम्मेलन (WRC-19) मा, स्थिर र भूमि मोबाइल सेवाहरूको लागि २७५-४५०GHz को फ्रिक्वेन्सी दायरा प्रयोग गरिएको छ। यो देख्न सकिन्छ कि टेराहर्ट्ज वायरलेस सञ्चार प्रणालीले धेरै अनुसन्धानकर्ताहरूको ध्यान आकर्षित गरेको छ।
टेराहर्ट्ज इलेक्ट्रोम्याग्नेटिक तरंगहरूलाई सामान्यतया ०.१-१०THz (१THz=१०१२Hz) को फ्रिक्वेन्सी ब्यान्डको रूपमा परिभाषित गरिन्छ जसको तरंगदैर्ध्य ०.०३-३ मिमी हुन्छ। IEEE मानक अनुसार, टेराहर्ट्ज तरंगहरूलाई ०.३-१०THz को रूपमा परिभाषित गरिएको छ। चित्र १ ले देखाउँछ कि टेराहर्ट्ज फ्रिक्वेन्सी ब्यान्ड माइक्रोवेभ र इन्फ्रारेड प्रकाश बीच छ।
चित्र १ THz फ्रिक्वेन्सी ब्यान्डको योजनाबद्ध रेखाचित्र।
टेराहर्ट्ज एन्टेनाको विकास
यद्यपि टेराहर्ट्ज अनुसन्धान १९ औं शताब्दीमा सुरु भएको थियो, तर त्यतिबेला यसलाई स्वतन्त्र क्षेत्रको रूपमा अध्ययन गरिएको थिएन। टेराहर्ट्ज विकिरणको अनुसन्धान मुख्यतया टाढा-इन्फ्रारेड ब्यान्डमा केन्द्रित थियो। २० औं शताब्दीको मध्यदेखि अन्त्यसम्म अनुसन्धानकर्ताहरूले मिलिमिटर तरंग अनुसन्धानलाई टेराहर्ट्ज ब्यान्डमा अगाडि बढाउन र विशेष टेराहर्ट्ज प्रविधि अनुसन्धान सञ्चालन गर्न थालेका थिएनन्।
१९८० को दशकमा, टेराहर्ट्ज विकिरण स्रोतहरूको उदयले व्यावहारिक प्रणालीहरूमा टेराहर्ट्ज तरंगहरूको प्रयोग सम्भव बनायो। २१ औं शताब्दीदेखि, वायरलेस सञ्चार प्रविधि द्रुत गतिमा विकसित भएको छ, र सूचनाको लागि मानिसहरूको माग र सञ्चार उपकरणहरूमा भएको वृद्धिले सञ्चार डेटाको प्रसारण दरमा थप कडा आवश्यकताहरू अगाडि सारेको छ। त्यसकारण, भविष्यको सञ्चार प्रविधिको एउटा चुनौती भनेको एक स्थानमा प्रति सेकेन्ड गिगाबिटको उच्च डेटा दरमा सञ्चालन गर्नु हो। हालको आर्थिक विकास अन्तर्गत, स्पेक्ट्रम स्रोतहरू बढ्दो रूपमा दुर्लभ भएका छन्। यद्यपि, सञ्चार क्षमता र गतिको लागि मानवीय आवश्यकताहरू अनन्त छन्। स्पेक्ट्रम भीडको समस्याको लागि, धेरै कम्पनीहरूले स्थानिय मल्टिप्लेक्सिङ मार्फत स्पेक्ट्रम दक्षता र प्रणाली क्षमता सुधार गर्न बहु-इनपुट बहु-आउटपुट (MIMO) प्रविधि प्रयोग गर्छन्। ५G नेटवर्कहरूको प्रगतिसँगै, प्रत्येक प्रयोगकर्ताको डेटा जडान गति Gbps भन्दा बढी हुनेछ, र आधार स्टेशनहरूको डेटा ट्राफिक पनि उल्लेखनीय रूपमा बढ्नेछ। परम्परागत मिलिमिटर तरंग सञ्चार प्रणालीहरूको लागि, माइक्रोवेभ लिङ्कहरूले यी विशाल डेटा स्ट्रिमहरू ह्यान्डल गर्न सक्षम हुनेछैनन्। यसको अतिरिक्त, दृश्य रेखाको प्रभावका कारण, इन्फ्रारेड सञ्चारको प्रसारण दूरी छोटो हुन्छ र यसको सञ्चार उपकरणको स्थान निश्चित हुन्छ। त्यसैले, माइक्रोवेभ र इन्फ्रारेड बीच रहेका THz तरंगहरूलाई THz लिङ्कहरू प्रयोग गरेर उच्च-गतिको सञ्चार प्रणाली निर्माण गर्न र डाटा प्रसारण दर बढाउन प्रयोग गर्न सकिन्छ।
टेराहर्ट्ज तरंगहरूले फराकिलो सञ्चार ब्यान्डविथ प्रदान गर्न सक्छन्, र यसको फ्रिक्वेन्सी दायरा मोबाइल सञ्चारको भन्दा लगभग १००० गुणा बढी छ। त्यसकारण, अल्ट्रा-हाई-स्पीड वायरलेस सञ्चार प्रणालीहरू निर्माण गर्न THz प्रयोग गर्नु उच्च डेटा दरहरूको चुनौतीको लागि एक आशाजनक समाधान हो, जसले धेरै अनुसन्धान टोलीहरू र उद्योगहरूको चासो आकर्षित गरेको छ। सेप्टेम्बर २०१७ मा, पहिलो THz वायरलेस सञ्चार मानक IEEE 802.15.3d-2017 जारी गरिएको थियो, जसले २५२-३२५ GHz को तल्लो THz फ्रिक्वेन्सी दायरामा पोइन्ट-टु-पोइन्ट डेटा एक्सचेन्ज परिभाषित गर्दछ। लिङ्कको वैकल्पिक भौतिक तह (PHY) ले विभिन्न ब्यान्डविथहरूमा १०० Gbps सम्मको डेटा दरहरू प्राप्त गर्न सक्छ।
०.१२ THz को पहिलो सफल THz सञ्चार प्रणाली २००४ मा स्थापित भएको थियो, र ०.३ THz को THz सञ्चार प्रणाली २०१३ मा साकार भएको थियो। तालिका १ ले २००४ देखि २०१३ सम्म जापानमा टेराहर्ट्ज सञ्चार प्रणालीको अनुसन्धान प्रगति सूचीबद्ध गर्दछ।
तालिका १ २००४ देखि २०१३ सम्म जापानमा टेराहर्ट्ज सञ्चार प्रणालीको अनुसन्धान प्रगति
२००४ मा विकसित सञ्चार प्रणालीको एन्टेना संरचनालाई २००५ मा निप्पोन टेलिग्राफ एण्ड टेलिफोन कर्पोरेशन (NTT) द्वारा विस्तृत रूपमा वर्णन गरिएको थियो। एन्टेना कन्फिगरेसन दुई अवस्थामा प्रस्तुत गरिएको थियो, जुन चित्र २ मा देखाइएको छ।
चित्र २ जापानको NTT १२० GHz वायरलेस सञ्चार प्रणालीको योजनाबद्ध रेखाचित्र
प्रणालीले फोटोइलेक्ट्रिक रूपान्तरण र एन्टेनालाई एकीकृत गर्दछ र दुई कार्य मोडहरू अपनाउँछ:
१. नजिकको दायराको भित्री वातावरणमा, घर भित्र प्रयोग हुने प्लानर एन्टेना ट्रान्समिटरमा एकल-लाइन क्यारियर फोटोडायोड (UTC-PD) चिप, प्लानर स्लट एन्टेना र सिलिकन लेन्स हुन्छ, जुन चित्र २(a) मा देखाइएको छ।
२. लामो दूरीको बाहिरी वातावरणमा, ठूलो प्रसारण हानि र डिटेक्टरको कम संवेदनशीलताको प्रभावलाई सुधार गर्न, ट्रान्समिटर एन्टेनामा उच्च लाभ हुनुपर्छ। अवस्थित टेराहर्ट्ज एन्टेनाले ५० dBi भन्दा बढी लाभ भएको गौसियन अप्टिकल लेन्स प्रयोग गर्दछ। फिड हर्न र डाइइलेक्ट्रिक लेन्स संयोजन चित्र २(b) मा देखाइएको छ।
०.१२ THz सञ्चार प्रणाली विकास गर्नुको साथै, NTT ले २०१२ मा ०.३ THz सञ्चार प्रणाली पनि विकास गर्यो। निरन्तर अनुकूलन मार्फत, प्रसारण दर १००Gbps सम्म उच्च हुन सक्छ। तालिका १ बाट देख्न सकिन्छ, यसले टेराहर्ट्ज सञ्चारको विकासमा ठूलो योगदान पुर्याएको छ। यद्यपि, हालको अनुसन्धान कार्यमा कम सञ्चालन आवृत्ति, ठूलो आकार र उच्च लागतका बेफाइदाहरू छन्।
हाल प्रयोग हुने अधिकांश टेराहर्ट्ज एन्टेनाहरू मिलिमिटर वेभ एन्टेनाबाट परिमार्जित गरिएका छन्, र टेराहर्ट्ज एन्टेनाहरूमा थोरै नवीनता छ। त्यसैले, टेराहर्ट्ज सञ्चार प्रणालीहरूको कार्यसम्पादन सुधार गर्न, टेराहर्ट्ज एन्टेनाहरूलाई अनुकूलन गर्नु एउटा महत्त्वपूर्ण कार्य हो। तालिका २ ले जर्मन THz सञ्चारको अनुसन्धान प्रगतिलाई सूचीबद्ध गर्दछ। चित्र ३ (क) ले फोटोनिक्स र इलेक्ट्रोनिक्स संयोजन गर्ने प्रतिनिधि THz वायरलेस सञ्चार प्रणाली देखाउँछ। चित्र ३ (ख) ले हावा सुरुङ परीक्षण दृश्य देखाउँछ। जर्मनीको हालको अनुसन्धान अवस्थालाई हेर्दा, यसको अनुसन्धान र विकासमा कम सञ्चालन आवृत्ति, उच्च लागत र कम दक्षता जस्ता बेफाइदाहरू पनि छन्।
तालिका २ जर्मनीमा THz सञ्चारको अनुसन्धान प्रगति
चित्र ३ हावा सुरुङ परीक्षण दृश्य
CSIRO ICT सेन्टरले THz भित्री वायरलेस सञ्चार प्रणालीहरूमा पनि अनुसन्धान सुरु गरेको छ। केन्द्रले चित्र ४ मा देखाइए अनुसार वर्ष र सञ्चार आवृत्ति बीचको सम्बन्धको अध्ययन गर्यो। चित्र ४ बाट देख्न सकिन्छ, २०२० सम्ममा, वायरलेस सञ्चारमा अनुसन्धान THz ब्यान्डमा झुक्छ। रेडियो स्पेक्ट्रम प्रयोग गर्ने अधिकतम सञ्चार आवृत्ति प्रत्येक बीस वर्षमा लगभग दस गुणा बढ्छ। केन्द्रले THz एन्टेनाहरूको आवश्यकताहरूमा सिफारिसहरू गरेको छ र THz सञ्चार प्रणालीहरूको लागि हर्न र लेन्स जस्ता परम्परागत एन्टेनाहरू प्रस्ताव गरेको छ। चित्र ५ मा देखाइए अनुसार, दुई हर्न एन्टेनाहरू क्रमशः ०.८४THz र १.७THz मा काम गर्छन्, सरल संरचना र राम्रो गौसियन बीम प्रदर्शनको साथ।
चित्र ४ वर्ष र आवृत्ति बीचको सम्बन्ध
RM-BDHA818-20A को लागि सोधपुछ पेश गर्नुहोस्, हामी तपाईंलाई 24 घण्टामा सम्पर्क गर्नेछौं।
हामीसँग अहिले स्टकमा RM-DCPHA105145-20 को 10000 टुक्राहरू उपलब्ध छन्।
चित्र ५ दुई प्रकारका हर्न एन्टेनाहरू
संयुक्त राज्य अमेरिकाले टेराहर्ट्ज तरंगहरूको उत्सर्जन र पत्ता लगाउने बारेमा व्यापक अनुसन्धान गरेको छ। प्रसिद्ध टेराहर्ट्ज अनुसन्धान प्रयोगशालाहरूमा जेट प्रोपल्सन प्रयोगशाला (JPL), स्ट्यानफोर्ड लिनियर एक्सेलेरेटर सेन्टर (SLAC), अमेरिकी राष्ट्रिय प्रयोगशाला (LLNL), राष्ट्रिय वैमानिकी र अन्तरिक्ष प्रशासन (NASA), राष्ट्रिय विज्ञान प्रतिष्ठान (NSF), आदि समावेश छन्। टेराहर्ट्ज अनुप्रयोगहरूको लागि नयाँ टेराहर्ट्ज एन्टेनाहरू डिजाइन गरिएको छ, जस्तै बोटी एन्टेना र फ्रिक्वेन्सी बीम स्टीयरिङ एन्टेना। टेराहर्ट्ज एन्टेनाको विकास अनुसार, हामी चित्र ६ मा देखाइए अनुसार, हाल टेराहर्ट्ज एन्टेनाहरूको लागि तीन आधारभूत डिजाइन विचारहरू प्राप्त गर्न सक्छौं।
चित्र ६ टेराहर्ट्ज एन्टेनाका लागि तीन आधारभूत डिजाइन विचारहरू
माथिको विश्लेषणले देखाउँछ कि धेरै देशहरूले टेराहर्ट्ज एन्टेनामा धेरै ध्यान दिएका भए तापनि, यो अझै पनि प्रारम्भिक अन्वेषण र विकास चरणमा छ। उच्च प्रसार हानि र आणविक अवशोषणको कारण, THz एन्टेनाहरू सामान्यतया प्रसारण दूरी र कभरेज द्वारा सीमित हुन्छन्। केही अध्ययनहरूले THz ब्यान्डमा कम अपरेटिङ फ्रिक्वेन्सीहरूमा केन्द्रित छन्। अवस्थित टेराहर्ट्ज एन्टेना अनुसन्धान मुख्यतया डाइइलेक्ट्रिक लेन्स एन्टेना, आदि प्रयोग गरेर लाभ सुधार गर्न र उपयुक्त एल्गोरिदमहरू प्रयोग गरेर सञ्चार दक्षता सुधार गर्नमा केन्द्रित छ। थप रूपमा, टेराहर्ट्ज एन्टेना प्याकेजिङको दक्षता कसरी सुधार गर्ने भन्ने पनि एक धेरै जरुरी मुद्दा हो।
सामान्य THz एन्टेनाहरू
धेरै प्रकारका THz एन्टेनाहरू उपलब्ध छन्: कोनिकल क्याभिटीहरू भएका द्विध्रुवीय एन्टेनाहरू, कुना रिफ्लेक्टर एरेहरू, बोटाई द्विध्रुवीय एन्टेनाहरू, डाइइलेक्ट्रिक लेन्स प्लानर एन्टेनाहरू, THz स्रोत विकिरण स्रोतहरू उत्पन्न गर्न फोटोकन्डक्टिभ एन्टेनाहरू, हर्न एन्टेनाहरू, ग्राफिन सामग्रीहरूमा आधारित THz एन्टेनाहरू, आदि। THz एन्टेना बनाउन प्रयोग गरिने सामग्रीहरू अनुसार, तिनीहरूलाई धातु एन्टेनाहरू (मुख्यतया हर्न एन्टेनाहरू), डाइइलेक्ट्रिक एन्टेनाहरू (लेन्स एन्टेनाहरू), र नयाँ सामग्री एन्टेनाहरूमा विभाजन गर्न सकिन्छ। यो खण्डले पहिले यी एन्टेनाहरूको प्रारम्भिक विश्लेषण दिन्छ, र त्यसपछि अर्को खण्डमा, पाँच विशिष्ट THz एन्टेनाहरू विस्तृत रूपमा प्रस्तुत गरिन्छ र गहिराइमा विश्लेषण गरिन्छ।
१. धातु एन्टेना
हर्न एन्टेना एक विशिष्ट धातु एन्टेना हो जुन THz ब्यान्डमा काम गर्न डिजाइन गरिएको हो। क्लासिक मिलिमिटर वेभ रिसीभरको एन्टेना एक शंक्वाकार हर्न हो। नालीदार र दोहोरो-मोड एन्टेनाका धेरै फाइदाहरू छन्, जसमा घुमाउने सममित विकिरण ढाँचाहरू, २० देखि ३० dBi को उच्च लाभ र -३० dB को कम क्रस-ध्रुवीकरण स्तर, र ९७% देखि ९८% को युग्मन दक्षता समावेश छ। दुई हर्न एन्टेनाको उपलब्ध ब्यान्डविथ क्रमशः ३०%-४०% र ६%-८% छ।
टेराहर्ट्ज तरंगहरूको आवृत्ति धेरै उच्च भएकोले, हर्न एन्टेनाको आकार धेरै सानो हुन्छ, जसले हर्नको प्रशोधन धेरै गाह्रो बनाउँछ, विशेष गरी एन्टेना एरेहरूको डिजाइनमा, र प्रशोधन प्रविधिको जटिलताले अत्यधिक लागत र सीमित उत्पादन निम्त्याउँछ। जटिल हर्न डिजाइनको तल्लो भाग निर्माण गर्न कठिनाइको कारण, शंक्वाकार वा शंक्वाकार हर्नको रूपमा साधारण हर्न एन्टेना सामान्यतया प्रयोग गरिन्छ, जसले लागत र प्रक्रिया जटिलता कम गर्न सक्छ, र एन्टेनाको विकिरण प्रदर्शन राम्रोसँग कायम राख्न सकिन्छ।
अर्को धातु एन्टेना भनेको ट्राभलिङ वेभ पिरामिड एन्टेना हो, जसमा १.२ माइक्रोन डाइइलेक्ट्रिक फिल्ममा एकीकृत ट्राभलिङ वेभ एन्टेना हुन्छ र सिलिकन वेफरमा कोरिएको अनुदैर्ध्य गुहामा निलम्बित हुन्छ, जुन चित्र ७ मा देखाइएको छ। यो एन्टेना एक खुला संरचना हो जुन स्कोट्की डायोडहरूसँग उपयुक्त छ। यसको तुलनात्मक रूपमा सरल संरचना र कम उत्पादन आवश्यकताहरूको कारण, यसलाई सामान्यतया ०.६ THz माथिको फ्रिक्वेन्सी ब्यान्डहरूमा प्रयोग गर्न सकिन्छ। यद्यपि, एन्टेनाको साइडलोब स्तर र क्रस-ध्रुवीकरण स्तर उच्च छ, सम्भवतः यसको खुला संरचनाको कारणले। त्यसैले, यसको युग्मन दक्षता अपेक्षाकृत कम छ (लगभग ५०%)।
चित्र ७ यात्रा तरंग पिरामिडल एन्टेना
२. डाइलेक्ट्रिक एन्टेना
डाइइलेक्ट्रिक एन्टेना डाइइलेक्ट्रिक सब्सट्रेट र एन्टेना रेडिएटरको संयोजन हो। उचित डिजाइन मार्फत, डाइइलेक्ट्रिक एन्टेनाले डिटेक्टरसँग प्रतिबाधा मिलान प्राप्त गर्न सक्छ, र सरल प्रक्रिया, सजिलो एकीकरण, र कम लागतका फाइदाहरू छन्। हालका वर्षहरूमा, अनुसन्धानकर्ताहरूले धेरै न्यारोब्यान्ड र ब्रॉडब्यान्ड साइड-फायर एन्टेनाहरू डिजाइन गरेका छन् जुन टेराहर्ट्ज डाइइलेक्ट्रिक एन्टेनाको कम-प्रतिबाधा डिटेक्टरहरूसँग मेल खान सक्छन्: बटरफ्लाइ एन्टेना, डबल यू-आकारको एन्टेना, लग-आवधिक एन्टेना, र लग-आवधिक साइनसोइडल एन्टेना, चित्र ८ मा देखाइए अनुसार। थप रूपमा, आनुवंशिक एल्गोरिदमहरू मार्फत थप जटिल एन्टेना ज्यामितिहरू डिजाइन गर्न सकिन्छ।
चित्र ८ चार प्रकारका प्लानर एन्टेनाहरू
यद्यपि, डाइइलेक्ट्रिक एन्टेनालाई डाइइलेक्ट्रिक सब्सट्रेटसँग जोडिएको हुनाले, फ्रिक्वेन्सी THz ब्यान्डमा झुक्दा सतह तरंग प्रभाव देखा पर्नेछ। यो घातक हानिले एन्टेनालाई सञ्चालनको क्रममा धेरै ऊर्जा गुमाउनेछ र एन्टेना विकिरण दक्षतामा उल्लेखनीय कमी ल्याउनेछ। चित्र ९ मा देखाइए अनुसार, जब एन्टेना विकिरण कोण कटअफ कोण भन्दा ठूलो हुन्छ, यसको ऊर्जा डाइइलेक्ट्रिक सब्सट्रेटमा सीमित हुन्छ र सब्सट्रेट मोडसँग जोडिएको हुन्छ।
चित्र ९ एन्टेना सतह तरंग प्रभाव
सब्सट्रेटको मोटाई बढ्दै जाँदा, उच्च-अर्डर मोडहरूको संख्या बढ्छ, र एन्टेना र सब्सट्रेट बीचको युग्मन बढ्छ, जसले गर्दा ऊर्जा हानि हुन्छ। सतह तरंग प्रभावलाई कमजोर बनाउन, तीन अनुकूलन योजनाहरू छन्:
१) विद्युत चुम्बकीय तरंगहरूको बीमफॉर्मिंग विशेषताहरू प्रयोग गरेर लाभ बढाउन एन्टेनामा लेन्स लोड गर्नुहोस्।
२) विद्युत चुम्बकीय तरंगहरूको उच्च-अर्डर मोडहरूको उत्पादनलाई दबाउन सब्सट्रेटको मोटाई घटाउनुहोस्।
३) सब्सट्रेट डाइइलेक्ट्रिक सामग्रीलाई इलेक्ट्रोम्याग्नेटिक ब्यान्ड ग्याप (EBG) ले बदल्नुहोस्। EBG को स्थानिय फिल्टरिंग विशेषताहरूले उच्च-अर्डर मोडहरूलाई दबाउन सक्छ।
३. नयाँ सामग्री एन्टेनाहरू
माथिका दुई एन्टेनाहरू बाहेक, नयाँ सामग्रीबाट बनेको टेराहर्ट्ज एन्टेना पनि छ। उदाहरणका लागि, २००६ मा, जिन हाओ एट अलले कार्बन नानोट्यूब द्विध्रुव एन्टेना प्रस्ताव गरे। चित्र १० (क) मा देखाइए अनुसार, द्विध्रुव धातु सामग्रीको सट्टा कार्बन नानोट्यूबबाट बनेको छ। उनले कार्बन नानोट्यूब द्विध्रुव एन्टेनाको इन्फ्रारेड र अप्टिकल गुणहरूको ध्यानपूर्वक अध्ययन गरे र सीमित-लम्बाइ कार्बन नानोट्यूब द्विध्रुव एन्टेनाको सामान्य विशेषताहरू, जस्तै इनपुट प्रतिबाधा, वर्तमान वितरण, लाभ, दक्षता र विकिरण ढाँचाको बारेमा छलफल गरे। चित्र १० (ख) ले कार्बन नानोट्यूब द्विध्रुव एन्टेनाको इनपुट प्रतिबाधा र आवृत्ति बीचको सम्बन्ध देखाउँछ। चित्र १० (ख) मा देख्न सकिन्छ, इनपुट प्रतिबाधाको काल्पनिक भागमा उच्च आवृत्तिहरूमा धेरै शून्यहरू छन्। यसले संकेत गर्दछ कि एन्टेनाले विभिन्न आवृत्तिहरूमा धेरै अनुनादहरू प्राप्त गर्न सक्छ। स्पष्ट रूपमा, कार्बन नानोट्यूब एन्टेनाले निश्चित आवृत्ति दायरा (कम THz फ्रिक्वेन्सीहरू) भित्र अनुनाद प्रदर्शन गर्दछ, तर यो दायरा बाहिर अनुनाद गर्न पूर्ण रूपमा असमर्थ छ।
चित्र १० (क) कार्बन नानोट्यूब डाइपोल एन्टेना। (ख) इनपुट प्रतिबाधा-आवृत्ति वक्र
२०१२ मा, समीर एफ. महमूद र आयेद आर. अलअजमीले कार्बन नानोट्यूबमा आधारित नयाँ टेराहर्ट्ज एन्टेना संरचना प्रस्ताव गरे, जसमा दुई डाइलेक्ट्रिक तहहरूमा बेरिएको कार्बन नानोट्यूबहरूको बन्डल हुन्छ। भित्री डाइलेक्ट्रिक तह एक डाइलेक्ट्रिक फोम तह हो, र बाहिरी डाइलेक्ट्रिक तह एक मेटामेटेरियल तह हो। विशिष्ट संरचना चित्र ११ मा देखाइएको छ। परीक्षण मार्फत, एन्टेनाको विकिरण प्रदर्शन एकल-पर्खाल कार्बन नानोट्यूबको तुलनामा सुधार गरिएको छ।
चित्र ११ कार्बन नानोट्यूबमा आधारित नयाँ टेराहर्ट्ज एन्टेना
माथि प्रस्तावित नयाँ सामग्री टेराहर्ट्ज एन्टेनाहरू मुख्यतया त्रि-आयामिक छन्। एन्टेनाको ब्यान्डविथ सुधार गर्न र कन्फर्मल एन्टेना बनाउन, प्लानर ग्राफिन एन्टेनाहरूले व्यापक ध्यान प्राप्त गरेका छन्। 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" हुन्छन्। यी मुक्त इलेक्ट्रोनहरूलाई प्लाज्मा पनि भनिन्छ। कन्डक्टरमा निहित सम्भाव्य क्षेत्रको कारण, यी प्लाज्माहरू स्थिर अवस्थामा हुन्छन् र बाहिरी संसारबाट विचलित हुँदैनन्। जब घटना विद्युत चुम्बकीय तरंग ऊर्जा यी प्लाज्माहरूसँग जोडिन्छ, प्लाज्माहरू स्थिर अवस्थाबाट विचलित हुनेछन् र कम्पन हुनेछन्। रूपान्तरण पछि, विद्युत चुम्बकीय मोडले इन्टरफेसमा ट्रान्सभर्स चुम्बकीय तरंग बनाउँछ। ड्रुड मोडेलद्वारा धातु सतह प्लाज्माको फैलावट सम्बन्धको विवरण अनुसार, धातुहरूले स्वाभाविक रूपमा खाली ठाउँमा विद्युत चुम्बकीय तरंगहरूसँग जोड्न र ऊर्जा रूपान्तरण गर्न सक्दैनन्। सतह प्लाज्मा तरंगहरूलाई उत्तेजित गर्न अन्य सामग्रीहरू प्रयोग गर्नु आवश्यक छ। सतह प्लाज्मा तरंगहरू धातु-सब्सट्रेट इन्टरफेसको समानान्तर दिशामा द्रुत रूपमा क्षय हुन्छन्। जब धातु कन्डक्टर सतहको लम्ब दिशामा सञ्चालन हुन्छ, छालाको प्रभाव हुन्छ। स्पष्ट रूपमा, एन्टेनाको सानो आकारको कारण, उच्च आवृत्ति ब्यान्डमा छालाको प्रभाव हुन्छ, जसले एन्टेनाको प्रदर्शन तीव्र रूपमा घटाउँछ र टेराहर्ट्ज एन्टेनाको आवश्यकताहरू पूरा गर्न सक्दैन। ग्राफिनको सतह प्लाज्मनमा उच्च बाइन्डिङ बल र कम हानि मात्र हुँदैन, तर निरन्तर विद्युतीय ट्युनिङलाई पनि समर्थन गर्दछ। थप रूपमा, टेराहर्ट्ज ब्यान्डमा ग्राफिनको जटिल चालकता हुन्छ। त्यसैले, ढिलो तरंग प्रसार टेराहर्ट्ज फ्रिक्वेन्सीहरूमा प्लाज्मा मोडसँग सम्बन्धित छ। यी विशेषताहरूले टेराहर्ट्ज ब्यान्डमा धातु सामग्रीहरू प्रतिस्थापन गर्न ग्राफिनको सम्भाव्यतालाई पूर्ण रूपमा प्रदर्शन गर्दछ।
ग्राफिन सतह प्लाज्मोनको ध्रुवीकरण व्यवहारको आधारमा, चित्र १२ 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 गर्ने नयाँ तरिका प्रदान गर्दछ।
चित्र १२ नयाँ स्ट्रिप एन्टेना
युनिट नयाँ सामग्री टेराहर्ट्ज एन्टेना तत्वहरूको अन्वेषण गर्नुको साथै, ग्राफिन न्यानोप्याच टेराहर्ट्ज एन्टेनाहरूलाई टेराहर्ट्ज बहु-इनपुट बहु-आउटपुट एन्टेना सञ्चार प्रणालीहरू निर्माण गर्न एरेको रूपमा पनि डिजाइन गर्न सकिन्छ। एन्टेना संरचना चित्र १३ मा देखाइएको छ। ग्राफिन न्यानोप्याच एन्टेनाको अद्वितीय गुणहरूको आधारमा, एन्टेना तत्वहरूमा माइक्रोन-स्केल आयामहरू छन्। रासायनिक वाष्प निक्षेपणले पातलो निकल तहमा विभिन्न ग्राफिन छविहरूलाई प्रत्यक्ष रूपमा संश्लेषण गर्दछ र तिनीहरूलाई कुनै पनि सब्सट्रेटमा स्थानान्तरण गर्दछ। उपयुक्त संख्यामा कम्पोनेन्टहरू चयन गरेर र इलेक्ट्रोस्टेटिक बायस भोल्टेज परिवर्तन गरेर, विकिरण दिशा प्रभावकारी रूपमा परिवर्तन गर्न सकिन्छ, जसले प्रणालीलाई पुन: कन्फिगर गर्न योग्य बनाउँछ।
चित्र १३ ग्राफिन न्यानोप्याच टेराहर्ट्ज एन्टेना एरे
नयाँ सामग्रीहरूको अनुसन्धान अपेक्षाकृत नयाँ दिशा हो। सामग्रीहरूको नवीनताले परम्परागत एन्टेनाहरूको सीमितताहरू तोड्ने र पुन: कन्फिगर गर्न मिल्ने मेटामेटेरियलहरू, दुई-आयामी (2D) सामग्रीहरू, आदि जस्ता विभिन्न प्रकारका नयाँ एन्टेनाहरू विकास गर्ने अपेक्षा गरिएको छ। यद्यपि, यस प्रकारको एन्टेना मुख्यतया नयाँ सामग्रीहरूको नवीनता र प्रक्रिया प्रविधिको उन्नतिमा निर्भर गर्दछ। जे भए पनि, टेराहर्ट्ज एन्टेनाको विकासको लागि टेराहर्ट्ज एन्टेनाको उच्च लाभ, कम लागत र फराकिलो ब्यान्डविथ आवश्यकताहरू पूरा गर्न नवीन सामग्रीहरू, सटीक प्रशोधन प्रविधि र नयाँ डिजाइन संरचनाहरू आवश्यक पर्दछ।
निम्नले तीन प्रकारका टेराहर्ट्ज एन्टेनाका आधारभूत सिद्धान्तहरू प्रस्तुत गर्दछ: धातु एन्टेना, डाइइलेक्ट्रिक एन्टेना र नयाँ सामग्री एन्टेना, र तिनीहरूको भिन्नता र फाइदा र बेफाइदाहरूको विश्लेषण गर्दछ।
१. धातु एन्टेना: ज्यामिति सरल, प्रशोधन गर्न सजिलो, अपेक्षाकृत कम लागत, र सब्सट्रेट सामग्रीहरूको लागि कम आवश्यकताहरू छन्। यद्यपि, धातु एन्टेनाहरूले एन्टेनाको स्थिति समायोजन गर्न मेकानिकल विधि प्रयोग गर्छन्, जुन त्रुटिहरूको सम्भावना हुन्छ। यदि समायोजन सही छैन भने, एन्टेनाको प्रदर्शन धेरै कम हुनेछ। धातु एन्टेना आकारमा सानो भए पनि, यसलाई समतल सर्किटसँग भेला गर्न गाह्रो छ।
२. डाइइलेक्ट्रिक एन्टेना: डाइइलेक्ट्रिक एन्टेनामा कम इनपुट प्रतिबाधा हुन्छ, कम प्रतिबाधा डिटेक्टरसँग मिलाउन सजिलो हुन्छ, र प्लानर सर्किटसँग जडान गर्न अपेक्षाकृत सरल हुन्छ। डाइइलेक्ट्रिक एन्टेनाका ज्यामितीय आकारहरूमा पुतली आकार, डबल U आकार, परम्परागत लघुगणकीय आकार र लघुगणकीय आवधिक साइन आकार समावेश छन्। यद्यपि, डाइइलेक्ट्रिक एन्टेनामा पनि एक घातक त्रुटि हुन्छ, अर्थात् बाक्लो सब्सट्रेटको कारणले हुने सतह तरंग प्रभाव। समाधान भनेको लेन्स लोड गर्नु र डाइइलेक्ट्रिक सब्सट्रेटलाई EBG संरचनाले प्रतिस्थापन गर्नु हो। दुबै समाधानहरूलाई प्रक्रिया प्रविधि र सामग्रीहरूको नवीनता र निरन्तर सुधार आवश्यक पर्दछ, तर तिनीहरूको उत्कृष्ट प्रदर्शन (जस्तै सर्वदिशात्मकता र सतह तरंग दमन) ले टेराहर्ट्ज एन्टेनाको अनुसन्धानको लागि नयाँ विचारहरू प्रदान गर्न सक्छ।
३. नयाँ सामग्री एन्टेना: हाल, कार्बन नानोट्यूबबाट बनेका नयाँ द्विध्रुवीय एन्टेना र मेटामटेरियलबाट बनेका नयाँ एन्टेना संरचनाहरू देखा परेका छन्। नयाँ सामग्रीहरूले नयाँ प्रदर्शन सफलताहरू ल्याउन सक्छन्, तर आधार सामग्री विज्ञानको नवीनता हो। हाल, नयाँ सामग्री एन्टेनाहरूमा अनुसन्धान अझै अन्वेषण चरणमा छ, र धेरै प्रमुख प्रविधिहरू पर्याप्त परिपक्व छैनन्।
संक्षेपमा, डिजाइन आवश्यकताहरू अनुसार विभिन्न प्रकारका टेराहर्ट्ज एन्टेनाहरू चयन गर्न सकिन्छ:
१) यदि सरल डिजाइन र कम उत्पादन लागत आवश्यक छ भने, धातु एन्टेनाहरू चयन गर्न सकिन्छ।
२) यदि उच्च एकीकरण र कम इनपुट प्रतिबाधा आवश्यक छ भने, डाइइलेक्ट्रिक एन्टेनाहरू चयन गर्न सकिन्छ।
३) यदि कार्यसम्पादनमा सफलता आवश्यक छ भने, नयाँ सामग्री एन्टेनाहरू चयन गर्न सकिन्छ।
माथिका डिजाइनहरू पनि विशेष आवश्यकताहरू अनुसार समायोजन गर्न सकिन्छ। उदाहरणका लागि, थप फाइदाहरू प्राप्त गर्न दुई प्रकारका एन्टेनाहरू संयोजन गर्न सकिन्छ, तर एसेम्बली विधि र डिजाइन प्रविधिले थप कडा आवश्यकताहरू पूरा गर्नुपर्छ।
एन्टेनाको बारेमा थप जान्नको लागि, कृपया भ्रमण गर्नुहोस्:
पोस्ट समय: अगस्ट-०२-२०२४
