வயர்லெஸ் சாதனங்களின் அதிகரித்து வரும் பிரபலத்துடன், தரவு சேவைகள் விரைவான வளர்ச்சியின் புதிய காலகட்டத்தில் நுழைந்துள்ளன, இது தரவு சேவைகளின் வெடிக்கும் வளர்ச்சி என்றும் அழைக்கப்படுகிறது. தற்போது, ஏராளமான பயன்பாடுகள் கணினிகளிலிருந்து மொபைல் போன்கள் போன்ற வயர்லெஸ் சாதனங்களுக்கு படிப்படியாக இடம்பெயர்ந்து வருகின்றன, அவை உண்மையான நேரத்தில் எடுத்துச் செல்ல எளிதாகவும் செயல்படவும் முடியும், ஆனால் இந்த நிலைமை தரவு போக்குவரத்தில் விரைவான அதிகரிப்புக்கும் அலைவரிசை வளங்களின் பற்றாக்குறைக்கும் வழிவகுத்துள்ளது. புள்ளிவிவரங்களின்படி, சந்தையில் தரவு விகிதம் அடுத்த 10 முதல் 15 ஆண்டுகளில் Gbps அல்லது Tbps ஐ எட்டக்கூடும். தற்போது, THz தொடர்பு Gbps தரவு விகிதத்தை எட்டியுள்ளது, அதே நேரத்தில் Tbps தரவு விகிதம் இன்னும் வளர்ச்சியின் ஆரம்ப கட்டத்தில் உள்ளது. தொடர்புடைய ஒரு ஆய்வறிக்கை THz பட்டையின் அடிப்படையில் Gbps தரவு விகிதங்களில் சமீபத்திய முன்னேற்றத்தை பட்டியலிடுகிறது மற்றும் துருவமுனைப்பு மல்டிபிளெக்சிங் மூலம் Tbps ஐப் பெற முடியும் என்று கணித்துள்ளது. எனவே, தரவு பரிமாற்ற விகிதத்தை அதிகரிக்க, ஒரு சாத்தியமான தீர்வாக ஒரு புதிய அதிர்வெண் பட்டையை உருவாக்குவதாகும், இது டெராஹெர்ட்ஸ் பட்டை, இது மைக்ரோவேவ்கள் மற்றும் அகச்சிவப்பு ஒளிக்கு இடையில் "வெற்றுப் பகுதியில்" உள்ளது. 2019 ஆம் ஆண்டு நடைபெற்ற ITU உலக வானொலித் தொடர்பு மாநாட்டில் (WRC-19), நிலையான மற்றும் தரைவழி மொபைல் சேவைகளுக்கு 275-450GHz அதிர்வெண் வரம்பு பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளது. டெராஹெர்ட்ஸ் வயர்லெஸ் தொடர்பு அமைப்புகள் பல ஆராய்ச்சியாளர்களின் கவனத்தை ஈர்த்துள்ளதைக் காணலாம்.
டெராஹெர்ட்ஸ் மின்காந்த அலைகள் பொதுவாக 0.1-10THz (1THz=1012Hz) அலைநீளம் கொண்ட 0.03-3 மிமீ அதிர்வெண் பட்டையாக வரையறுக்கப்படுகின்றன. IEEE தரநிலையின்படி, டெராஹெர்ட்ஸ் அலைகள் 0.3-10THz என வரையறுக்கப்படுகின்றன. டெராஹெர்ட்ஸ் அதிர்வெண் பட்டை நுண்ணலைகள் மற்றும் அகச்சிவப்பு ஒளிக்கு இடையில் இருப்பதை படம் 1 காட்டுகிறது.
படம் 1 THz அதிர்வெண் பட்டையின் திட்ட வரைபடம்.
டெராஹெர்ட்ஸ் ஆண்டெனாக்களின் வளர்ச்சி
டெராஹெர்ட்ஸ் ஆராய்ச்சி 19 ஆம் நூற்றாண்டில் தொடங்கியிருந்தாலும், அந்த நேரத்தில் அது ஒரு சுயாதீனமான துறையாக ஆய்வு செய்யப்படவில்லை. டெராஹெர்ட்ஸ் கதிர்வீச்சு பற்றிய ஆராய்ச்சி முக்கியமாக தூர அகச்சிவப்பு பட்டையில் கவனம் செலுத்தியது. 20 ஆம் நூற்றாண்டின் நடுப்பகுதி முதல் பிற்பகுதி வரை ஆராய்ச்சியாளர்கள் மில்லிமீட்டர் அலை ஆராய்ச்சியை டெராஹெர்ட்ஸ் பட்டைக்கு முன்னேற்றவும், சிறப்பு டெராஹெர்ட்ஸ் தொழில்நுட்ப ஆராய்ச்சியை மேற்கொள்ளவும் தொடங்கினர்.
1980களில், டெராஹெர்ட்ஸ் கதிர்வீச்சு மூலங்களின் தோற்றம் நடைமுறை அமைப்புகளில் டெராஹெர்ட்ஸ் அலைகளைப் பயன்படுத்துவதை சாத்தியமாக்கியது. 21 ஆம் நூற்றாண்டிலிருந்து, வயர்லெஸ் தகவல் தொடர்பு தொழில்நுட்பம் வேகமாக வளர்ச்சியடைந்துள்ளது, மேலும் மக்களின் தகவல் தேவை மற்றும் தகவல் தொடர்பு சாதனங்களின் அதிகரிப்பு ஆகியவை தகவல் தொடர்புத் தரவின் பரிமாற்ற விகிதத்தில் மிகவும் கடுமையான தேவைகளை முன்வைத்துள்ளன. எனவே, எதிர்கால தகவல் தொடர்பு தொழில்நுட்பத்தின் சவால்களில் ஒன்று, ஒரு இடத்தில் வினாடிக்கு ஜிகாபிட்கள் என்ற உயர் தரவு விகிதத்தில் செயல்படுவதாகும். தற்போதைய பொருளாதார வளர்ச்சியின் கீழ், ஸ்பெக்ட்ரம் வளங்கள் பெருகிய முறையில் பற்றாக்குறையாகிவிட்டன. இருப்பினும், தகவல் தொடர்பு திறன் மற்றும் வேகத்திற்கான மனித தேவைகள் முடிவற்றவை. ஸ்பெக்ட்ரம் நெரிசலின் சிக்கலுக்கு, பல நிறுவனங்கள் ஸ்பேஷியல் மல்டிபிளெக்சிங் மூலம் ஸ்பெக்ட்ரம் செயல்திறன் மற்றும் கணினி திறனை மேம்படுத்த பல-உள்ளீட்டு பல-வெளியீட்டு (MIMO) தொழில்நுட்பத்தைப் பயன்படுத்துகின்றன. 5G நெட்வொர்க்குகளின் முன்னேற்றத்துடன், ஒவ்வொரு பயனரின் தரவு இணைப்பு வேகமும் Gbps ஐ விட அதிகமாக இருக்கும், மேலும் அடிப்படை நிலையங்களின் தரவு போக்குவரத்தும் கணிசமாக அதிகரிக்கும். பாரம்பரிய மில்லிமீட்டர் அலை தொடர்பு அமைப்புகளுக்கு, மைக்ரோவேவ் இணைப்புகள் இந்த பெரிய தரவு ஸ்ட்ரீம்களைக் கையாள முடியாது. கூடுதலாக, பார்வைக் கோட்டின் செல்வாக்கின் காரணமாக, அகச்சிவப்பு தகவல்தொடர்புகளின் பரிமாற்ற தூரம் குறைவாக உள்ளது மற்றும் அதன் தொடர்பு சாதனங்களின் இருப்பிடம் சரி செய்யப்படுகிறது. எனவே, நுண்ணலைகள் மற்றும் அகச்சிவப்புகளுக்கு இடையில் இருக்கும் THz அலைகள், THz இணைப்புகளைப் பயன்படுத்தி அதிவேக தொடர்பு அமைப்புகளை உருவாக்கவும் தரவு பரிமாற்ற விகிதங்களை அதிகரிக்கவும் பயன்படுத்தப்படலாம்.
டெராஹெர்ட்ஸ் அலைகள் பரந்த தகவல்தொடர்பு அலைவரிசையை வழங்க முடியும், மேலும் அதன் அதிர்வெண் வரம்பு மொபைல் தகவல்தொடர்புகளை விட சுமார் 1000 மடங்கு அதிகம். எனவே, அதிவேக வயர்லெஸ் தொடர்பு அமைப்புகளை உருவாக்க THz ஐப் பயன்படுத்துவது உயர் தரவு விகிதங்களின் சவாலுக்கு ஒரு நம்பிக்கைக்குரிய தீர்வாகும், இது பல ஆராய்ச்சி குழுக்கள் மற்றும் தொழில்களின் ஆர்வத்தை ஈர்த்துள்ளது. செப்டம்பர் 2017 இல், முதல் THz வயர்லெஸ் தொடர்பு தரநிலை IEEE 802.15.3d-2017 வெளியிடப்பட்டது, இது 252-325 GHz இன் குறைந்த THz அதிர்வெண் வரம்பில் புள்ளி-க்கு-புள்ளி தரவு பரிமாற்றத்தை வரையறுக்கிறது. இணைப்பின் மாற்று இயற்பியல் அடுக்கு (PHY) வெவ்வேறு அலைவரிசைகளில் 100 Gbps வரை தரவு விகிதங்களை அடைய முடியும்.
0.12 THz இன் முதல் வெற்றிகரமான THz தொடர்பு அமைப்பு 2004 இல் நிறுவப்பட்டது, மேலும் 0.3 THz இன் THz தொடர்பு அமைப்பு 2013 இல் உணரப்பட்டது. 2004 முதல் 2013 வரை ஜப்பானில் டெராஹெர்ட்ஸ் தொடர்பு அமைப்புகளின் ஆராய்ச்சி முன்னேற்றத்தை அட்டவணை 1 பட்டியலிடுகிறது.
அட்டவணை 1 2004 முதல் 2013 வரை ஜப்பானில் டெராஹெர்ட்ஸ் தொடர்பு அமைப்புகளின் ஆராய்ச்சி முன்னேற்றம்.
2004 ஆம் ஆண்டு உருவாக்கப்பட்ட ஒரு தகவல் தொடர்பு அமைப்பின் ஆண்டெனா அமைப்பு, 2005 ஆம் ஆண்டு நிப்பான் டெலிகிராஃப் மற்றும் டெலிபோன் கார்ப்பரேஷன் (NTT) நிறுவனத்தால் விரிவாக விவரிக்கப்பட்டது. படம் 2 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, ஆண்டெனா உள்ளமைவு இரண்டு நிகழ்வுகளில் அறிமுகப்படுத்தப்பட்டது.
படம் 2 ஜப்பானின் NTT 120 GHz வயர்லெஸ் தொடர்பு அமைப்பின் திட்ட வரைபடம்
இந்த அமைப்பு ஒளிமின்னழுத்த மாற்றம் மற்றும் ஆண்டெனாவை ஒருங்கிணைத்து இரண்டு வேலை முறைகளை ஏற்றுக்கொள்கிறது:
1. நெருக்கமான-தூர உட்புற சூழலில், உட்புறங்களில் பயன்படுத்தப்படும் பிளானர் ஆண்டெனா டிரான்ஸ்மிட்டர், படம் 2(a) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, ஒற்றை-வரி கேரியர் ஃபோட்டோடையோடு (UTC-PD) சிப், ஒரு பிளானர் ஸ்லாட் ஆண்டெனா மற்றும் ஒரு சிலிக்கான் லென்ஸ் ஆகியவற்றைக் கொண்டுள்ளது.
2. நீண்ட தூர வெளிப்புற சூழலில், பெரிய பரிமாற்ற இழப்பு மற்றும் டிடெக்டரின் குறைந்த உணர்திறன் ஆகியவற்றின் செல்வாக்கை மேம்படுத்த, டிரான்ஸ்மிட்டர் ஆண்டெனா அதிக ஈட்டத்தைக் கொண்டிருக்க வேண்டும். தற்போதுள்ள டெராஹெர்ட்ஸ் ஆண்டெனா 50 dBi க்கும் அதிகமான ஈட்டத்துடன் கூடிய காஸியன் ஆப்டிகல் லென்ஸைப் பயன்படுத்துகிறது. ஃபீட் ஹார்ன் மற்றும் மின்கடத்தா லென்ஸ் கலவை படம் 2(b) இல் காட்டப்பட்டுள்ளது.
0.12 THz தொடர்பு அமைப்பை உருவாக்குவதோடு மட்டுமல்லாமல், NTT 2012 இல் 0.3THz தொடர்பு அமைப்பையும் உருவாக்கியது. தொடர்ச்சியான தேர்வுமுறை மூலம், பரிமாற்ற வீதம் 100Gbps வரை அதிகமாக இருக்கலாம். அட்டவணை 1 இல் இருந்து பார்க்க முடிந்தபடி, இது டெராஹெர்ட்ஸ் தகவல்தொடர்பு வளர்ச்சிக்கு பெரும் பங்களிப்பைச் செய்துள்ளது. இருப்பினும், தற்போதைய ஆராய்ச்சிப் பணி குறைந்த இயக்க அதிர்வெண், பெரிய அளவு மற்றும் அதிக செலவு ஆகியவற்றின் குறைபாடுகளைக் கொண்டுள்ளது.
தற்போது பயன்படுத்தப்படும் பெரும்பாலான டெராஹெர்ட்ஸ் ஆண்டெனாக்கள் மில்லிமீட்டர் அலை ஆண்டெனாக்களிலிருந்து மாற்றியமைக்கப்பட்டுள்ளன, மேலும் டெராஹெர்ட்ஸ் ஆண்டெனாக்களில் சிறிய புதுமை உள்ளது. எனவே, டெராஹெர்ட்ஸ் தொடர்பு அமைப்புகளின் செயல்திறனை மேம்படுத்துவதற்காக, டெராஹெர்ட்ஸ் ஆண்டெனாக்களை மேம்படுத்துவது ஒரு முக்கியமான பணியாகும். அட்டவணை 2 ஜெர்மன் THz தகவல்தொடர்புகளின் ஆராய்ச்சி முன்னேற்றத்தை பட்டியலிடுகிறது. படம் 3 (அ) ஃபோட்டானிக்ஸ் மற்றும் மின்னணுவியல் ஆகியவற்றை இணைக்கும் ஒரு பிரதிநிதி THz வயர்லெஸ் தொடர்பு அமைப்பைக் காட்டுகிறது. படம் 3 (ஆ) காற்றாலை சுரங்கப்பாதை சோதனைக் காட்சியைக் காட்டுகிறது. ஜெர்மனியில் தற்போதைய ஆராய்ச்சி நிலைமையிலிருந்து ஆராயும்போது, அதன் ஆராய்ச்சி மற்றும் மேம்பாடு குறைந்த இயக்க அதிர்வெண், அதிக செலவு மற்றும் குறைந்த செயல்திறன் போன்ற குறைபாடுகளையும் கொண்டுள்ளது.
அட்டவணை 2 ஜெர்மனியில் THz தகவல்தொடர்பு ஆராய்ச்சி முன்னேற்றம்
படம் 3 காற்றுச் சுரங்கப்பாதை சோதனைக் காட்சி
CSIRO ICT மையம், THz உட்புற வயர்லெஸ் தொடர்பு அமைப்புகள் குறித்த ஆராய்ச்சியையும் தொடங்கியுள்ளது. படம் 4 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, ஆண்டுக்கும் தொடர்பு அதிர்வெண்ணுக்கும் இடையிலான உறவை மையம் ஆய்வு செய்தது. படம் 4 இல் இருந்து பார்க்க முடிந்தபடி, 2020 ஆம் ஆண்டளவில், வயர்லெஸ் தொடர்புகள் குறித்த ஆராய்ச்சி THz இசைக்குழுவை நோக்கிச் செல்கிறது. ரேடியோ ஸ்பெக்ட்ரத்தைப் பயன்படுத்தும் அதிகபட்ச தொடர்பு அதிர்வெண் ஒவ்வொரு இருபது வருடங்களுக்கும் பத்து மடங்கு அதிகரிக்கிறது. THz ஆண்டெனாக்கள் மற்றும் THz தொடர்பு அமைப்புகளுக்கான ஹாரன்கள் மற்றும் லென்ஸ்கள் போன்ற முன்மொழியப்பட்ட பாரம்பரிய ஆண்டெனாக்களுக்கான தேவைகள் குறித்து மையம் பரிந்துரைகளை வழங்கியுள்ளது. படம் 5 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, இரண்டு ஹார்ன் ஆண்டெனாக்கள் முறையே 0.84THz மற்றும் 1.7THz இல் வேலை செய்கின்றன, எளிமையான அமைப்பு மற்றும் நல்ல காஸியன் கற்றை செயல்திறனுடன்.
படம் 4 ஆண்டுக்கும் அதிர்வெண்ணுக்கும் இடையிலான உறவு
RM-BDHA818-20A அறிமுகம்
RM-DCPHA105145-20 அறிமுகம்
படம் 5 இரண்டு வகையான ஹார்ன் ஆண்டெனாக்கள்
டெராஹெர்ட்ஸ் அலைகளின் உமிழ்வு மற்றும் கண்டறிதல் குறித்து அமெரிக்கா விரிவான ஆராய்ச்சியை மேற்கொண்டுள்ளது. பிரபலமான டெராஹெர்ட்ஸ் ஆராய்ச்சி ஆய்வகங்களில் ஜெட் ப்ராபல்ஷன் ஆய்வகம் (JPL), ஸ்டான்போர்ட் லீனியர் ஆக்ஸிலரேட்டர் மையம் (SLAC), அமெரிக்க தேசிய ஆய்வகம் (LLNL), தேசிய வானூர்தி மற்றும் விண்வெளி நிர்வாகம் (NASA), தேசிய அறிவியல் அறக்கட்டளை (NSF) போன்றவை அடங்கும். டெராஹெர்ட்ஸ் பயன்பாடுகளுக்கான புதிய டெராஹெர்ட்ஸ் ஆண்டெனாக்கள் வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளன, அதாவது போடி ஆண்டெனாக்கள் மற்றும் அதிர்வெண் பீம் ஸ்டீயரிங் ஆண்டெனாக்கள். டெராஹெர்ட்ஸ் ஆண்டெனாக்களின் வளர்ச்சியின் படி, படம் 6 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, தற்போது டெராஹெர்ட்ஸ் ஆண்டெனாக்களுக்கான மூன்று அடிப்படை வடிவமைப்பு யோசனைகளைப் பெறலாம்.
படம் 6 டெராஹெர்ட்ஸ் ஆண்டெனாக்களுக்கான மூன்று அடிப்படை வடிவமைப்பு யோசனைகள்
மேலே உள்ள பகுப்பாய்வு, பல நாடுகள் டெராஹெர்ட்ஸ் ஆண்டெனாக்களுக்கு அதிக கவனம் செலுத்தியிருந்தாலும், அது இன்னும் ஆரம்ப ஆய்வு மற்றும் வளர்ச்சி நிலையில் உள்ளது என்பதைக் காட்டுகிறது. அதிக பரவல் இழப்பு மற்றும் மூலக்கூறு உறிஞ்சுதல் காரணமாக, THz ஆண்டெனாக்கள் பொதுவாக பரிமாற்ற தூரம் மற்றும் கவரேஜ் மூலம் வரையறுக்கப்படுகின்றன. சில ஆய்வுகள் THz பேண்டில் குறைந்த இயக்க அதிர்வெண்களில் கவனம் செலுத்துகின்றன. தற்போதுள்ள டெராஹெர்ட்ஸ் ஆண்டெனா ஆராய்ச்சி முக்கியமாக மின்கடத்தா லென்ஸ் ஆண்டெனாக்கள் போன்றவற்றைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் ஆதாயத்தை மேம்படுத்துவதிலும், பொருத்தமான வழிமுறைகளைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் தகவல் தொடர்பு செயல்திறனை மேம்படுத்துவதிலும் கவனம் செலுத்துகிறது. கூடுதலாக, டெராஹெர்ட்ஸ் ஆண்டெனா பேக்கேஜிங்கின் செயல்திறனை எவ்வாறு மேம்படுத்துவது என்பதும் மிகவும் அவசரமான பிரச்சினையாகும்.
பொதுவான THz ஆண்டெனாக்கள்
பல வகையான THz ஆண்டெனாக்கள் கிடைக்கின்றன: கூம்பு வடிவ குழிகளைக் கொண்ட இருமுனை ஆண்டெனாக்கள், மூலை பிரதிபலிப்பான் வரிசைகள், போவ்டை இருமுனைகள், மின்கடத்தா லென்ஸ் பிளானர் ஆண்டெனாக்கள், THz மூல கதிர்வீச்சு மூலங்களை உருவாக்குவதற்கான ஒளிக்கடத்தி ஆண்டெனாக்கள், ஹார்ன் ஆண்டெனாக்கள், கிராஃபீன் பொருட்களை அடிப்படையாகக் கொண்ட THz ஆண்டெனாக்கள் போன்றவை. THz ஆண்டெனாக்களை உருவாக்கப் பயன்படுத்தப்படும் பொருட்களின் படி, அவற்றை தோராயமாக உலோக ஆண்டெனாக்கள் (முக்கியமாக ஹார்ன் ஆண்டெனாக்கள்), மின்கடத்தா ஆண்டெனாக்கள் (லென்ஸ் ஆண்டெனாக்கள்) மற்றும் புதிய பொருள் ஆண்டெனாக்கள் எனப் பிரிக்கலாம். இந்தப் பிரிவு முதலில் இந்த ஆண்டெனாக்களின் ஆரம்ப பகுப்பாய்வை வழங்குகிறது, பின்னர் அடுத்த பகுதியில், ஐந்து பொதுவான THz ஆண்டெனாக்கள் விரிவாக அறிமுகப்படுத்தப்பட்டு ஆழமாக பகுப்பாய்வு செய்யப்படுகின்றன.
1. உலோக ஆண்டெனாக்கள்
ஹார்ன் ஆண்டெனா என்பது THz பேண்டில் வேலை செய்ய வடிவமைக்கப்பட்ட ஒரு பொதுவான உலோக ஆண்டெனா ஆகும். ஒரு கிளாசிக் மில்லிமீட்டர் அலை பெறுநரின் ஆண்டெனா ஒரு கூம்பு வடிவ கொம்பு ஆகும். நெளி மற்றும் இரட்டை-முறை ஆண்டெனாக்கள் பல நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளன, அவற்றில் சுழற்சி சமச்சீர் கதிர்வீச்சு வடிவங்கள், 20 முதல் 30 dBi அதிக ஈட்டம் மற்றும் -30 dB இன் குறைந்த குறுக்கு-துருவமுனைப்பு நிலை மற்றும் 97% முதல் 98% வரை இணைப்பு திறன் ஆகியவை அடங்கும். இரண்டு ஹார்ன் ஆண்டெனாக்களின் கிடைக்கக்கூடிய அலைவரிசைகள் முறையே 30%-40% மற்றும் 6%-8% ஆகும்.
டெராஹெர்ட்ஸ் அலைகளின் அதிர்வெண் மிக அதிகமாக இருப்பதால், ஹார்ன் ஆண்டெனாவின் அளவு மிகவும் சிறியதாக உள்ளது, இது ஹார்னை செயலாக்குவதை மிகவும் கடினமாக்குகிறது, குறிப்பாக ஆண்டெனா வரிசைகளின் வடிவமைப்பில், மேலும் செயலாக்க தொழில்நுட்பத்தின் சிக்கலானது அதிகப்படியான செலவு மற்றும் குறைந்த உற்பத்திக்கு வழிவகுக்கிறது. சிக்கலான ஹார்ன் வடிவமைப்பின் அடிப்பகுதியை தயாரிப்பதில் உள்ள சிரமம் காரணமாக, கூம்பு அல்லது கூம்பு வடிவ ஹார்ன் வடிவத்தில் ஒரு எளிய ஹார்ன் ஆண்டெனா பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது, இது செலவு மற்றும் செயல்முறை சிக்கலைக் குறைக்கும், மேலும் ஆண்டெனாவின் கதிர்வீச்சு செயல்திறனை நன்கு பராமரிக்க முடியும்.
மற்றொரு உலோக ஆண்டெனா ஒரு பயண அலை பிரமிடு ஆண்டெனா ஆகும், இது படம் 7 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, 1.2 மைக்ரான் மின்கடத்தா படலத்தில் ஒருங்கிணைக்கப்பட்ட பயண அலை ஆண்டெனாவைக் கொண்டுள்ளது மற்றும் ஒரு சிலிக்கான் வேஃபரில் பொறிக்கப்பட்ட ஒரு நீளமான குழியில் தொங்கவிடப்பட்டுள்ளது. இந்த ஆண்டெனா ஒரு திறந்த அமைப்பாகும், இது ஷாட்கி டையோட்களுடன் இணக்கமானது. அதன் ஒப்பீட்டளவில் எளிமையான அமைப்பு மற்றும் குறைந்த உற்பத்தித் தேவைகள் காரணமாக, இது பொதுவாக 0.6 THz க்கு மேல் அதிர்வெண் பட்டைகளில் பயன்படுத்தப்படலாம். இருப்பினும், ஆண்டெனாவின் பக்கவாட்டு நிலை மற்றும் குறுக்கு-துருவமுனைப்பு நிலை அதிகமாக உள்ளது, அநேகமாக அதன் திறந்த அமைப்பு காரணமாக இருக்கலாம். எனவே, அதன் இணைப்பு திறன் ஒப்பீட்டளவில் குறைவாக உள்ளது (சுமார் 50%).
படம் 7 பயண அலை பிரமிடு ஆண்டெனா
2. மின்கடத்தா ஆண்டெனா
மின்கடத்தா ஆண்டெனா என்பது மின்கடத்தா அடி மூலக்கூறு மற்றும் ஆண்டெனா ரேடியேட்டரின் கலவையாகும். சரியான வடிவமைப்பின் மூலம், மின்கடத்தா ஆண்டெனா கண்டுபிடிப்பாளருடன் மின்மறுப்பு பொருத்தத்தை அடைய முடியும், மேலும் எளிய செயல்முறை, எளிதான ஒருங்கிணைப்பு மற்றும் குறைந்த செலவு ஆகியவற்றின் நன்மைகளைக் கொண்டுள்ளது. சமீபத்திய ஆண்டுகளில், ஆராய்ச்சியாளர்கள் டெராஹெர்ட்ஸ் மின்கடத்தா ஆண்டெனாக்களின் குறைந்த மின்மறுப்பு கண்டறிதல்களுடன் பொருந்தக்கூடிய பல குறுகிய பட்டை மற்றும் பிராட்பேண்ட் பக்க-தீ ஆண்டெனாக்களை வடிவமைத்துள்ளனர்: பட்டாம்பூச்சி ஆண்டெனா, இரட்டை U- வடிவ ஆண்டெனா, பதிவு-கால ஆண்டெனா மற்றும் பதிவு-கால சைனூசாய்டல் ஆண்டெனா, படம் 8 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி. கூடுதலாக, மரபணு வழிமுறைகள் மூலம் மிகவும் சிக்கலான ஆண்டெனா வடிவவியலை வடிவமைக்க முடியும்.
படம் 8 நான்கு வகையான பிளானர் ஆண்டெனாக்கள்
இருப்பினும், மின்கடத்தா ஆண்டெனா ஒரு மின்கடத்தா அடி மூலக்கூறுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளதால், அதிர்வெண் THz பட்டையை நோக்கிச் செல்லும்போது ஒரு மேற்பரப்பு அலை விளைவு ஏற்படும். இந்த அபாயகரமான குறைபாடு, செயல்பாட்டின் போது ஆண்டெனா அதிக ஆற்றலை இழக்கச் செய்து, ஆண்டெனா கதிர்வீச்சு செயல்திறனில் குறிப்பிடத்தக்க குறைப்புக்கு வழிவகுக்கும். படம் 9 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, ஆண்டெனா கதிர்வீச்சு கோணம் வெட்டு கோணத்தை விட அதிகமாக இருக்கும்போது, அதன் ஆற்றல் மின்கடத்தா அடி மூலக்கூறில் மட்டுப்படுத்தப்பட்டு, அடி மூலக்கூறு பயன்முறையுடன் இணைக்கப்படுகிறது.
படம் 9 ஆண்டெனா மேற்பரப்பு அலை விளைவு
அடி மூலக்கூறின் தடிமன் அதிகரிக்கும் போது, உயர்-வரிசை முறைகளின் எண்ணிக்கை அதிகரிக்கிறது, மேலும் ஆண்டெனாவிற்கும் அடி மூலக்கூறுக்கும் இடையிலான இணைப்பு அதிகரிக்கிறது, இதன் விளைவாக ஆற்றல் இழப்பு ஏற்படுகிறது. மேற்பரப்பு அலை விளைவை பலவீனப்படுத்த, மூன்று உகப்பாக்க திட்டங்கள் உள்ளன:
1) மின்காந்த அலைகளின் பீம்ஃபார்மிங் பண்புகளைப் பயன்படுத்தி ஆதாயத்தை அதிகரிக்க ஆண்டெனாவில் ஒரு லென்ஸை ஏற்றவும்.
2) மின்காந்த அலைகளின் உயர்-வரிசை முறைகளின் உருவாக்கத்தை அடக்குவதற்கு அடி மூலக்கூறின் தடிமனைக் குறைக்கவும்.
3) அடி மூலக்கூறு மின்கடத்தாப் பொருளை மின்காந்த அலை இடைவெளியுடன் (EBG) மாற்றவும். EBG இன் இடஞ்சார்ந்த வடிகட்டுதல் பண்புகள் உயர்-வரிசை முறைகளை அடக்கும்.
3. புதிய பொருள் ஆண்டெனாக்கள்
மேலே உள்ள இரண்டு ஆண்டெனாக்களுடன் கூடுதலாக, புதிய பொருட்களால் ஆன ஒரு டெராஹெர்ட்ஸ் ஆண்டெனாவும் உள்ளது. எடுத்துக்காட்டாக, 2006 இல், ஜின் ஹாவோ மற்றும் பலர் ஒரு கார்பன் நானோகுழாய் இருமுனை ஆண்டெனாவை முன்மொழிந்தனர். படம் 10 (a) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, இருமுனை உலோகப் பொருட்களுக்குப் பதிலாக கார்பன் நானோகுழாய்களால் ஆனது. கார்பன் நானோகுழாய் இருமுனை ஆண்டெனாவின் அகச்சிவப்பு மற்றும் ஒளியியல் பண்புகளை அவர் கவனமாக ஆய்வு செய்தார் மற்றும் உள்ளீட்டு மின்மறுப்பு, மின்னோட்ட விநியோகம், ஆதாயம், செயல்திறன் மற்றும் கதிர்வீச்சு முறை போன்ற வரையறுக்கப்பட்ட நீள கார்பன் நானோகுழாய் இருமுனை ஆண்டெனாவின் பொதுவான பண்புகளைப் பற்றி விவாதித்தார். படம் 10 (b) கார்பன் நானோகுழாய் இருமுனை ஆண்டெனாவின் உள்ளீட்டு மின்மறுப்புக்கும் அதிர்வெண்ணுக்கும் இடையிலான உறவைக் காட்டுகிறது. படம் 10 (b) இல் காணக்கூடியது போல, உள்ளீட்டு மின்மறுப்பின் கற்பனைப் பகுதி அதிக அதிர்வெண்களில் பல பூஜ்ஜியங்களைக் கொண்டுள்ளது. ஆண்டெனா வெவ்வேறு அதிர்வெண்களில் பல அதிர்வுகளை அடைய முடியும் என்பதை இது குறிக்கிறது. வெளிப்படையாக, கார்பன் நானோகுழாய் ஆண்டெனா ஒரு குறிப்பிட்ட அதிர்வெண் வரம்பிற்குள் (குறைந்த THz அதிர்வெண்கள்) அதிர்வுகளை வெளிப்படுத்துகிறது, ஆனால் இந்த வரம்பிற்கு வெளியே முழுமையாக எதிரொலிக்க முடியவில்லை.
படம் 10 (அ) கார்பன் நானோகுழாய் இருமுனை ஆண்டெனா. (ஆ) உள்ளீட்டு மின்மறுப்பு-அதிர்வெண் வளைவு
2012 ஆம் ஆண்டில், சமீர் எஃப். மஹ்மூத் மற்றும் அயத் ஆர். அல்அஜ்மி ஆகியோர் கார்பன் நானோகுழாய்களை அடிப்படையாகக் கொண்ட ஒரு புதிய டெராஹெர்ட்ஸ் ஆண்டெனா அமைப்பை முன்மொழிந்தனர், இது இரண்டு மின்கடத்தா அடுக்குகளில் மூடப்பட்ட கார்பன் நானோகுழாய்களின் மூட்டையைக் கொண்டுள்ளது. உள் மின்கடத்தா அடுக்கு ஒரு மின்கடத்தா நுரை அடுக்கு, மற்றும் வெளிப்புற மின்கடத்தா அடுக்கு ஒரு மெட்டாமெட்டீரியல் அடுக்கு. குறிப்பிட்ட அமைப்பு படம் 11 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. சோதனை மூலம், ஒற்றை சுவர் கார்பன் நானோகுழாய்களுடன் ஒப்பிடும்போது ஆண்டெனாவின் கதிர்வீச்சு செயல்திறன் மேம்படுத்தப்பட்டுள்ளது.
படம் 11 கார்பன் நானோகுழாய்களை அடிப்படையாகக் கொண்ட புதிய டெராஹெர்ட்ஸ் ஆண்டெனா
மேலே முன்மொழியப்பட்ட புதிய பொருள் டெராஹெர்ட்ஸ் ஆண்டெனாக்கள் முக்கியமாக முப்பரிமாணமானவை. ஆண்டெனாவின் அலைவரிசையை மேம்படுத்தவும், இணக்கமான ஆண்டெனாக்களை உருவாக்கவும், பிளானர் கிராஃபீன் ஆண்டெனாக்கள் பரவலான கவனத்தைப் பெற்றுள்ளன. கிராஃபீன் சிறந்த டைனமிக் தொடர்ச்சியான கட்டுப்பாட்டு பண்புகளைக் கொண்டுள்ளது மற்றும் சார்பு மின்னழுத்தத்தை சரிசெய்வதன் மூலம் மேற்பரப்பு பிளாஸ்மாவை உருவாக்க முடியும். நேர்மறை மின்கடத்தா மாறிலி அடி மூலக்கூறுகள் (Si, SiO2 போன்றவை) மற்றும் எதிர்மறை மின்கடத்தா மாறிலி அடி மூலக்கூறுகள் (விலைமதிப்பற்ற உலோகங்கள், கிராஃபீன் போன்றவை) இடையேயான இடைமுகத்தில் மேற்பரப்பு பிளாஸ்மா உள்ளது. விலைமதிப்பற்ற உலோகங்கள் மற்றும் கிராஃபீன் போன்ற கடத்திகளில் அதிக எண்ணிக்கையிலான "இலவச எலக்ட்ரான்கள்" உள்ளன. இந்த இலவச எலக்ட்ரான்கள் பிளாஸ்மாக்கள் என்றும் அழைக்கப்படுகின்றன. கடத்தியில் உள்ள உள்ளார்ந்த சாத்தியமான புலம் காரணமாக, இந்த பிளாஸ்மாக்கள் நிலையான நிலையில் உள்ளன மற்றும் வெளி உலகத்தால் தொந்தரவு செய்யப்படுவதில்லை. நிகழ்வு மின்காந்த அலை ஆற்றல் இந்த பிளாஸ்மாக்களுடன் இணைக்கப்படும்போது, பிளாஸ்மாக்கள் நிலையான நிலையில் இருந்து விலகி அதிர்வுறும். மாற்றத்திற்குப் பிறகு, மின்காந்த முறை இடைமுகத்தில் ஒரு குறுக்கு காந்த அலையை உருவாக்குகிறது. ட்ரூட் மாதிரியால் உலோக மேற்பரப்பு பிளாஸ்மாவின் சிதறல் உறவின் விளக்கத்தின்படி, உலோகங்கள் இயற்கையாகவே இலவச இடத்தில் மின்காந்த அலைகளுடன் இணைந்து ஆற்றலை மாற்ற முடியாது. மேற்பரப்பு பிளாஸ்மா அலைகளைத் தூண்டுவதற்கு பிற பொருட்களைப் பயன்படுத்துவது அவசியம். மேற்பரப்பு பிளாஸ்மா அலைகள் உலோக-அடி மூலக்கூறு இடைமுகத்தின் இணையான திசையில் விரைவாக சிதைகின்றன. உலோகக் கடத்தி மேற்பரப்புக்கு செங்குத்தாக திசையில் நடத்தும்போது, ஒரு தோல் விளைவு ஏற்படுகிறது. வெளிப்படையாக, ஆண்டெனாவின் சிறிய அளவு காரணமாக, உயர் அதிர்வெண் பட்டையில் ஒரு தோல் விளைவு உள்ளது, இது ஆண்டெனா செயல்திறன் கூர்மையாகக் குறைவதற்கு காரணமாகிறது மற்றும் டெராஹெர்ட்ஸ் ஆண்டெனாக்களின் தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்ய முடியாது. கிராபெனின் மேற்பரப்பு பிளாஸ்மோன் அதிக பிணைப்பு சக்தியையும் குறைந்த இழப்பையும் கொண்டிருப்பது மட்டுமல்லாமல், தொடர்ச்சியான மின் சரிப்படுத்தலையும் ஆதரிக்கிறது. கூடுதலாக, டெராஹெர்ட்ஸ் பட்டையில் கிராபெனுக்கு சிக்கலான கடத்துத்திறன் உள்ளது. எனவே, மெதுவான அலை பரவல் டெராஹெர்ட்ஸ் அதிர்வெண்களில் பிளாஸ்மா பயன்முறையுடன் தொடர்புடையது. டெராஹெர்ட்ஸ் பட்டையில் உள்ள உலோகப் பொருட்களை மாற்ற கிராபெனின் சாத்தியக்கூறுகளை இந்த பண்புகள் முழுமையாக நிரூபிக்கின்றன.
கிராஃபீன் மேற்பரப்பு பிளாஸ்மோன்களின் துருவமுனைப்பு நடத்தையின் அடிப்படையில், படம் 12 ஒரு புதிய வகை ஸ்ட்ரிப் ஆண்டெனாவைக் காட்டுகிறது, மேலும் கிராஃபீனில் பிளாஸ்மா அலைகளின் பரவல் பண்புகளின் பட்டை வடிவத்தை முன்மொழிகிறது. டியூனபிள் ஆண்டெனா பேண்டின் வடிவமைப்பு புதிய பொருள் டெராஹெர்ட்ஸ் ஆண்டெனாக்களின் பரவல் பண்புகளை ஆய்வு செய்வதற்கான ஒரு புதிய வழியை வழங்குகிறது.
படம் 12 புதிய ஸ்ட்ரிப் ஆண்டெனா
புதிய பொருள் டெராஹெர்ட்ஸ் ஆண்டெனா கூறுகளை ஆராய்வதோடு மட்டுமல்லாமல், கிராஃபீன் நானோபேட்ச் டெராஹெர்ட்ஸ் ஆண்டெனாக்களை டெராஹெர்ட்ஸ் மல்டி-இன்புட் மல்டி-அவுட்புட் ஆண்டெனா தொடர்பு அமைப்புகளை உருவாக்க வரிசைகளாகவும் வடிவமைக்க முடியும். ஆண்டெனா அமைப்பு படம் 13 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. கிராஃபீன் நானோபேட்ச் ஆண்டெனாக்களின் தனித்துவமான பண்புகளின் அடிப்படையில், ஆண்டெனா கூறுகள் மைக்ரான் அளவிலான பரிமாணங்களைக் கொண்டுள்ளன. வேதியியல் நீராவி படிவு ஒரு மெல்லிய நிக்கல் அடுக்கில் வெவ்வேறு கிராஃபீன் படங்களை நேரடியாக ஒருங்கிணைத்து எந்த அடி மூலக்கூறுக்கும் மாற்றுகிறது. பொருத்தமான எண்ணிக்கையிலான கூறுகளைத் தேர்ந்தெடுத்து மின்னியல் சார்பு மின்னழுத்தத்தை மாற்றுவதன் மூலம், கதிர்வீச்சு திசையை திறம்பட மாற்ற முடியும், இது அமைப்பை மீண்டும் கட்டமைக்கக்கூடியதாக மாற்றுகிறது.
படம் 13 கிராஃபீன் நானோபேட்ச் டெராஹெர்ட்ஸ் ஆண்டெனா வரிசை
புதிய பொருட்களின் ஆராய்ச்சி ஒப்பீட்டளவில் புதிய திசையாகும். பொருட்களின் கண்டுபிடிப்பு பாரம்பரிய ஆண்டெனாக்களின் வரம்புகளை உடைத்து, மறுகட்டமைக்கக்கூடிய மெட்டாமெட்டீரியல்கள், இரு பரிமாண (2D) பொருட்கள் போன்ற பல்வேறு புதிய ஆண்டெனாக்களை உருவாக்கும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது. இருப்பினும், இந்த வகை ஆண்டெனா முக்கியமாக புதிய பொருட்களின் கண்டுபிடிப்பு மற்றும் செயல்முறை தொழில்நுட்பத்தின் முன்னேற்றத்தைப் பொறுத்தது. எப்படியிருந்தாலும், டெராஹெர்ட்ஸ் ஆண்டெனாக்களின் வளர்ச்சிக்கு டெராஹெர்ட்ஸ் ஆண்டெனாக்களின் அதிக ஆதாயம், குறைந்த விலை மற்றும் பரந்த அலைவரிசை தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்ய புதுமையான பொருட்கள், துல்லியமான செயலாக்க தொழில்நுட்பம் மற்றும் புதிய வடிவமைப்பு கட்டமைப்புகள் தேவை.
பின்வரும் மூன்று வகையான டெராஹெர்ட்ஸ் ஆண்டெனாக்களின் அடிப்படைக் கொள்கைகளை அறிமுகப்படுத்துகிறது: உலோக ஆண்டெனாக்கள், மின்கடத்தா ஆண்டெனாக்கள் மற்றும் புதிய பொருள் ஆண்டெனாக்கள், மேலும் அவற்றின் வேறுபாடுகள் மற்றும் நன்மைகள் மற்றும் தீமைகளை பகுப்பாய்வு செய்கிறது.
1. உலோக ஆண்டெனா: வடிவியல் எளிமையானது, செயலாக்க எளிதானது, ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த விலை மற்றும் அடி மூலக்கூறு பொருட்களுக்கான குறைந்த தேவைகள். இருப்பினும், உலோக ஆண்டெனாக்கள் ஆண்டெனாவின் நிலையை சரிசெய்ய ஒரு இயந்திர முறையைப் பயன்படுத்துகின்றன, இது பிழைகளுக்கு ஆளாகிறது. சரிசெய்தல் சரியாக இல்லாவிட்டால், ஆண்டெனாவின் செயல்திறன் பெரிதும் குறையும். உலோக ஆண்டெனா அளவில் சிறியதாக இருந்தாலும், ஒரு பிளானர் சுற்றுடன் அதை இணைப்பது கடினம்.
2. மின்கடத்தா ஆண்டெனா: மின்கடத்தா ஆண்டெனா குறைந்த உள்ளீட்டு மின்மறுப்பைக் கொண்டுள்ளது, குறைந்த மின்மறுப்பு கண்டறிபவருடன் பொருத்த எளிதானது, மேலும் ஒரு பிளானர் சுற்றுடன் இணைப்பது ஒப்பீட்டளவில் எளிதானது. மின்கடத்தா ஆண்டெனாக்களின் வடிவியல் வடிவங்களில் பட்டாம்பூச்சி வடிவம், இரட்டை U வடிவம், வழக்கமான மடக்கை வடிவம் மற்றும் மடக்கை கால சைன் வடிவம் ஆகியவை அடங்கும். இருப்பினும், மின்கடத்தா ஆண்டெனாக்கள் ஒரு அபாயகரமான குறைபாட்டையும் கொண்டுள்ளன, அதாவது தடிமனான அடி மூலக்கூறால் ஏற்படும் மேற்பரப்பு அலை விளைவு. தீர்வு ஒரு லென்ஸை ஏற்றி மின்கடத்தா அடி மூலக்கூறை ஒரு EBG அமைப்புடன் மாற்றுவதாகும். இரண்டு தீர்வுகளுக்கும் புதுமை மற்றும் செயல்முறை தொழில்நுட்பம் மற்றும் பொருட்களின் தொடர்ச்சியான முன்னேற்றம் தேவைப்படுகிறது, ஆனால் அவற்றின் சிறந்த செயல்திறன் (சர்வ திசை மற்றும் மேற்பரப்பு அலை அடக்கம் போன்றவை) டெராஹெர்ட்ஸ் ஆண்டெனாக்களின் ஆராய்ச்சிக்கு புதிய யோசனைகளை வழங்க முடியும்.
3. புதிய பொருள் ஆண்டெனாக்கள்: தற்போது, கார்பன் நானோகுழாய்களால் ஆன புதிய இருமுனை ஆண்டெனாக்கள் மற்றும் மெட்டாமெட்டீரியல்களால் ஆன புதிய ஆண்டெனா கட்டமைப்புகள் தோன்றியுள்ளன. புதிய பொருட்கள் புதிய செயல்திறன் முன்னேற்றங்களைக் கொண்டு வர முடியும், ஆனால் அடிப்படை பொருள் அறிவியலின் கண்டுபிடிப்பு ஆகும். தற்போது, புதிய பொருள் ஆண்டெனாக்கள் பற்றிய ஆராய்ச்சி இன்னும் ஆய்வு நிலையில் உள்ளது, மேலும் பல முக்கிய தொழில்நுட்பங்கள் போதுமான அளவு முதிர்ச்சியடையவில்லை.
சுருக்கமாக, வடிவமைப்புத் தேவைகளுக்கு ஏற்ப பல்வேறு வகையான டெராஹெர்ட்ஸ் ஆண்டெனாக்களைத் தேர்ந்தெடுக்கலாம்:
1) எளிமையான வடிவமைப்பு மற்றும் குறைந்த உற்பத்தி செலவு தேவைப்பட்டால், உலோக ஆண்டெனாக்களைத் தேர்ந்தெடுக்கலாம்.
2) அதிக ஒருங்கிணைப்பு மற்றும் குறைந்த உள்ளீட்டு மின்மறுப்பு தேவைப்பட்டால், மின்கடத்தா ஆண்டெனாக்களைத் தேர்ந்தெடுக்கலாம்.
3) செயல்திறனில் முன்னேற்றம் தேவைப்பட்டால், புதிய பொருள் ஆண்டெனாக்களைத் தேர்ந்தெடுக்கலாம்.
மேலே உள்ள வடிவமைப்புகளை குறிப்பிட்ட தேவைகளுக்கு ஏற்ப சரிசெய்யலாம். எடுத்துக்காட்டாக, இரண்டு வகையான ஆண்டெனாக்களை இணைத்து அதிக நன்மைகளைப் பெறலாம், ஆனால் அசெம்பிளி முறை மற்றும் வடிவமைப்பு தொழில்நுட்பம் மிகவும் கடுமையான தேவைகளைப் பூர்த்தி செய்ய வேண்டும்.
ஆண்டெனாக்கள் பற்றி மேலும் அறிய, தயவுசெய்து இங்கு செல்க:
இடுகை நேரம்: ஆகஸ்ட்-02-2024
