රැහැන් රහිත උපාංගවල වැඩිවන ජනප්‍රියතාවයත් සමඟ, දත්ත සේවා වේගවත් සංවර්ධනයේ නව කාල පරිච්ඡේදයකට ඇතුළු වී ඇති අතර එය දත්ත සේවාවන්හි පුපුරන සුලු වර්ධනය ලෙසද හැඳින්වේ. වර්තමානය වන විට, පරිගණක වලින් යෙදුම් විශාල ප්‍රමාණයක් ක්‍රමක්‍රමයෙන් ජංගම දුරකථන වැනි ජංගම දුරකථන වැනි රැහැන් රහිත උපාංග වෙතට සංක්‍රමණය වෙමින් පවතින නමුත් මෙම තත්වය දත්ත තදබදය සීඝ්‍ර ලෙස වැඩිවීමට සහ කලාප පළල සම්පත් හිඟයකට ද හේතු වී තිබේ. . සංඛ්‍යාලේඛනවලට අනුව, වෙළඳපොලේ දත්ත අනුපාතය ඉදිරි වසර 10 සිට 15 දක්වා Gbps හෝ Tbps දක්වා ළඟා විය හැකිය. දැනට, THz සන්නිවේදනය Gbps දත්ත අනුපාතයකට ළඟා වී ඇති අතර, Tbps දත්ත අනුපාතය තවමත් සංවර්ධනයේ මුල් අවධියේ පවතී. අදාළ පත්‍රිකාවක් THz කලාපය මත පදනම් වූ Gbps දත්ත අනුපාතවල නවතම ප්‍රගතිය ලැයිස්තුගත කරන අතර ධ්‍රැවීකරණ බහුප්‍රාප්තිය හරහා Tbps ලබා ගත හැකි බවට අනාවැකි පළ කරයි. එබැවින්, දත්ත සම්ප්රේෂණ වේගය වැඩි කිරීම සඳහා, ක්‍ෂුද්‍ර තරංග සහ අධෝරක්ත කිරණ අතර "හිස් ප්‍රදේශයේ" ඇති ටෙරාහර්ට්ස් කලාපය වන නව සංඛ්‍යාත කලාපයක් සංවර්ධනය කිරීම කළ හැකි විසඳුමකි. 2019 වසරේ ITU ලෝක ගුවන්විදුලි සංදේශ සමුළුවේදී (WRC-19) ස්ථාවර සහ ගොඩබිම් ජංගම සේවා සඳහා 275-450GHz සංඛ්‍යාත පරාසය භාවිතා කර ඇත. terahertz රැහැන් රහිත සන්නිවේදන පද්ධති බොහෝ පර්යේෂකයන්ගේ අවධානයට ලක්ව ඇති බව දැකිය හැකිය.
Terahertz විද්යුත් චුම්භක තරංග සාමාන්‍යයෙන් 0.03-3 mm තරංග ආයාමයක් සහිත 0.1-10THz (1THz=1012Hz) සංඛ්‍යාත කලාපය ලෙස අර්ථ දැක්වේ. IEEE ප්‍රමිතියට අනුව ටෙරාහර්ට්ස් තරංග 0.3-10THz ලෙස අර්ථ දක්වා ඇත. රූප සටහන 1 පෙන්නුම් කරන්නේ ටෙරාහර්ට්ස් සංඛ්‍යාත කලාපය මයික්‍රෝවේව් සහ අධෝරක්ත කිරණ අතර පවතින බවයි.
රූපය 1 THz සංඛ්‍යාත කලාපයේ ක්‍රමානුරූප රූප සටහන.
ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනා සංවර්ධනය
ටෙරාහර්ට්ස් පර්යේෂණ 19 වැනි සියවසේ ආරම්භ වුවද, එකල එය ස්වාධීන ක්ෂේත්‍රයක් ලෙස අධ්‍යයනය කර නොතිබුණි. ටෙරාහර්ට්ස් විකිරණ පිළිබඳ පර්යේෂණය ප්රධාන වශයෙන් අවධානය යොමු කළේ දුර අධෝරක්ත කලාපය කෙරෙහි ය. පර්යේෂකයන් විසින් terahertz සංගීත කණ්ඩායම වෙත මිලිමීටර තරංග පර්යේෂණ ප්‍රගමනය කිරීමට සහ විශේෂිත terahertz තාක්ෂණ පර්යේෂණ සිදු කිරීමට පටන් ගත්තේ 20 වන සියවසේ මැද සිට අග දක්වා කාලය තුළදීය.
1980 ගණන් වලදී, ටෙරාහර්ට්ස් විකිරණ ප්‍රභව මතුවීම නිසා ටෙරාහර්ට්ස් තරංග ප්‍රායෝගික පද්ධතිවල යෙදීමට හැකි විය. 21 වන ශතවර්ෂයේ සිට රැහැන් රහිත සන්නිවේදන තාක්ෂණය වේගයෙන් වර්ධනය වී ඇති අතර, තොරතුරු සඳහා මිනිසුන්ගේ ඉල්ලුම සහ සන්නිවේදන උපකරණවල වැඩි වීම සන්නිවේදන දත්ත සම්ප්රේෂණ අනුපාතය මත වඩාත් දැඩි අවශ්යතා ඉදිරිපත් කර ඇත. එබැවින් අනාගත සන්නිවේදන තාක්ෂණයේ එක් අභියෝගයක් වන්නේ එක් ස්ථානයක තත්පරයකට ගිගාබිට් ඉහළ දත්ත වේගයකින් ක්‍රියා කිරීමයි. වත්මන් ආර්ථික සංවර්ධනය යටතේ වර්ණාවලි සම්පත් එන්න එන්නම හිඟ වී ඇත. කෙසේ වෙතත්, සන්නිවේදන ධාරිතාව සහ වේගය සඳහා මානව අවශ්යතා නිමක් නැත. වර්ණාවලි තදබදය පිළිබඳ ගැටළුව සඳහා, බොහෝ සමාගම් අවකාශීය බහුවිධකරණය හරහා වර්ණාවලියේ කාර්යක්ෂමතාව සහ පද්ධති ධාරිතාව වැඩි දියුණු කිරීම සඳහා බහු ආදාන බහු-ප්‍රතිදාන (MIMO) තාක්ෂණය භාවිතා කරයි. 5G ජාලවල දියුණුවත් සමඟ එක් එක් පරිශීලකයාගේ දත්ත සම්බන්ධතා වේගය Gbps ඉක්මවන අතර මූලික ස්ථාන වල දත්ත ගමනාගමනය ද සැලකිය යුතු ලෙස වැඩි වනු ඇත. සාම්ප්‍රදායික මිලිමීටර තරංග සන්නිවේදන පද්ධති සඳහා, මයික්‍රෝවේව් සබැඳි මෙම දැවැන්ත දත්ත ප්‍රවාහයන් හැසිරවීමට නොහැකි වනු ඇත. මීට අමතරව, දෘෂ්ටි රේඛාවේ බලපෑම හේතුවෙන්, අධෝරක්ත සන්නිවේදනයේ සම්ප්රේෂණ දුර ප්රමාණය කෙටි වන අතර එහි සන්නිවේදන උපකරණවල පිහිටීම සවි කර ඇත. එබැවින්, මයික්‍රෝවේව් සහ අධෝරක්ත කිරණ අතර ඇති THz තරංග, අධිවේගී සන්නිවේදන පද්ධති තැනීමට සහ THz සබැඳි භාවිතා කිරීමෙන් දත්ත සම්ප්රේෂණ වේගය වැඩි කිරීමට භාවිතා කළ හැකිය.
ටෙරාහර්ට්ස් තරංගවලට පුළුල් සන්නිවේදන කලාප පළලක් සැපයිය හැකි අතර එහි සංඛ්‍යාත පරාසය ජංගම සන්නිවේදනය මෙන් 1000 ගුණයක් පමණ වේ. එබැවින්, අතිශය අධිවේගී රැහැන් රහිත සන්නිවේදන පද්ධති තැනීමට THz භාවිතා කිරීම බොහෝ පර්යේෂණ කණ්ඩායම් සහ කර්මාන්තවල උනන්දුව ආකර්ෂණය කර ඇති ඉහළ දත්ත අනුපාතවල අභියෝගයට හොඳ විසඳුමක් වේ. 2017 සැප්තැම්බර් මාසයේදී, පළමු THz රැහැන් රහිත සන්නිවේදන ප්‍රමිතිය IEEE 802.15.3d-2017 නිකුත් කරන ලද අතර, එය 252-325 GHz හි පහළ THz සංඛ්‍යාත පරාසය තුළ ලක්ෂ්‍යයෙන් ලක්ෂ්‍ය දත්ත හුවමාරුව නිර්වචනය කරයි. සබැඳියේ විකල්ප භෞතික ස්ථරයට (PHY) විවිධ කලාප පළල වලදී 100 Gbps දක්වා දත්ත අනුපාත ලබා ගත හැක.
0.12 THz හි පළමු සාර්ථක THz සන්නිවේදන පද්ධතිය 2004 දී ස්ථාපිත කරන ලද අතර THz 0.3 THz සන්නිවේදන පද්ධතිය 2013 දී සාක්ෂාත් කර ගන්නා ලදී. 1 වගුව 2004 සිට 2013 දක්වා ජපානයේ terahertz සන්නිවේදන පද්ධතිවල පර්යේෂණ ප්‍රගතිය ලැයිස්තුගත කරයි.
වගුව 1 2004 සිට 2013 දක්වා ජපානයේ ටෙරාහර්ට්ස් සන්නිවේදන පද්ධතිවල පර්යේෂණ ප්‍රගතිය
2004 දී සංවර්ධනය කරන ලද සන්නිවේදන පද්ධතියක ඇන්ටෙනා ව්යුහය 2005 දී Nippon Telegraph සහ Telephone Corporation (NTT) විසින් විස්තරාත්මකව විස්තර කරන ලදී. රූප සටහන 2 හි දැක්වෙන පරිදි ඇන්ටෙනා වින්යාසය අවස්ථා දෙකකදී හඳුන්වා දෙන ලදී.
රූපය 2 ජපානයේ NTT 120 GHz රැහැන් රහිත සන්නිවේදන පද්ධතියේ ක්‍රමානුකූල රූප සටහන
පද්ධතිය ප්‍රකාශ විද්යුත් පරිවර්තනය සහ ඇන්ටනාව ඒකාබද්ධ කරන අතර ක්‍රියාකාරී ආකාර දෙකක් භාවිතා කරයි:
1. සමීප පරාසයක ගෘහස්ථ පරිසරයක් තුළ, ගෘහස්ථව භාවිතා කරන ප්ලැනර් ඇන්ටෙනා සම්ප්‍රේෂකය රූප සටහන 2(අ) හි පෙන්වා ඇති පරිදි තනි පේළි වාහක ෆොටෝඩියෝඩ (යූටීසී-පීඩී) චිපයකින්, ප්ලැනර් ස්ලොට් ඇන්ටෙනාවකින් සහ සිලිකන් කාචයකින් සමන්විත වේ.
2. දිගු පරාසයක එළිමහන් පරිසරයකදී, විශාල සම්ප්රේෂණ අලාභයේ බලපෑම සහ අනාවරකයේ අඩු සංවේදීතාව වැඩි දියුණු කිරීම සඳහා, සම්ප්‍රේෂක ඇන්ටෙනාවට ඉහළ ලාභයක් තිබිය යුතුය. දැනට පවතින terahertz ඇන්ටනාව 50 dBi ට වැඩි ලාභයක් සහිත Gaussian දෘශ්‍ය කාචයක් භාවිතා කරයි. ආහාර අං සහ පාර විද්යුත් කාච සංයෝජනය රූප සටහන 2(b) හි පෙන්වා ඇත.
0.12 THz සන්නිවේදන පද්ධතියක් සංවර්ධනය කිරීමට අමතරව, NTT 2012 දී 0.3THz සන්නිවේදන පද්ධතියක් ද සංවර්ධනය කළේය. අඛණ්ඩ ප්‍රශස්තිකරණය හරහා, සම්ප්රේෂණ වේගය 100Gbps තරම් ඉහළ විය හැක. 1 වගුවෙන් දැකිය හැකි පරිදි, එය terahertz සන්නිවේදන සංවර්ධනය සඳහා විශාල දායකත්වයක් ලබා දී ඇත. කෙසේ වෙතත්, වත්මන් පර්යේෂණ කාර්යයට අඩු මෙහෙයුම් සංඛ්යාතය, විශාල ප්රමාණය සහ අධික පිරිවැය යන අවාසි ඇත.
දැනට භාවිතා කරන ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනා බොහොමයක් මිලිමීටර තරංග ඇන්ටනා වලින් වෙනස් කර ඇති අතර ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනා වල නව්‍යකරණයන් අඩුය. එබැවින්, terahertz සන්නිවේදන පද්ධතිවල ක්‍රියාකාරිත්වය වැඩි දියුණු කිරීම සඳහා, වැදගත් කාර්යයක් වන්නේ terahertz ඇන්ටනා ප්‍රශස්ත කිරීමයි. වගුව 2 ජර්මානු THz සන්නිවේදනයේ පර්යේෂණ ප්‍රගතිය ලැයිස්තුගත කරයි. රූප සටහන 3 (අ) ෆෝටෝනික්ස් සහ ඉලෙක්ට්‍රොනික උපකරණ ඒකාබද්ධ කරන නියෝජිත THz රැහැන් රහිත සන්නිවේදන පද්ධතියක් පෙන්වයි. රූප සටහන 3 (ආ) සුළං උමං පරීක්ෂණ දර්ශනය පෙන්වයි. ජර්මනියේ වර්තමාන පර්යේෂණ තත්ත්වය අනුව විනිශ්චය කිරීම, එහි පර්යේෂණ සහ සංවර්ධනය අඩු මෙහෙයුම් සංඛ්යාතය, ඉහළ පිරිවැය සහ අඩු කාර්යක්ෂමතාව වැනි අවාසි ද ඇත.
වගුව 2 ජර්මනියේ THz සන්නිවේදනයේ පර්යේෂණ ප්‍රගතිය
රූපය 3 සුළං උමං පරීක්ෂණ දර්ශනය
CSIRO ICT මධ්‍යස්ථානය THz ගෘහස්ථ රැහැන් රහිත සන්නිවේදන පද්ධති පිළිබඳ පර්යේෂණ ද ආරම්භ කර ඇත. මධ්‍යස්ථානය විසින් වසර සහ සන්නිවේදන සංඛ්යාතය අතර සම්බන්ධය අධ්‍යයනය කරන ලදී, රූප සටහන 4 හි පෙන්වා ඇත. 4 රූපයෙන් පෙනෙන පරිදි, 2020 වන විට, රැහැන් රහිත සන්නිවේදනය පිළිබඳ පර්යේෂණ THz කලාපයට නැඹුරු වේ. රේඩියෝ වර්ණාවලිය භාවිතා කරන උපරිම සන්නිවේදන සංඛ්යාතය සෑම වසර විස්සකට වරක් දස ගුණයකින් පමණ වැඩි වේ. මධ්‍යස්ථානය THz ඇන්ටනා සඳහා අවශ්යතා පිළිබඳ නිර්දේශ ඉදිරිපත් කර ඇති අතර THz සන්නිවේදන පද්ධති සඳහා අං සහ කාච වැනි සම්ප්‍රදායික ඇන්ටනා යෝජනා කර ඇත. රූප සටහන 5 හි පෙන්වා ඇති පරිදි, සරල ව්යුහයක් සහ හොඳ Gaussian කදම්භ කාර්ය සාධනයක් සහිතව, අං ඇන්ටනා දෙකක් පිළිවෙලින් 0.84THz සහ 1.7THz හි ක්‍රියා කරයි.
රූපය 4 වර්ෂය සහ සංඛ්යාතය අතර සම්බන්ධතාවය
RM-BDHA818-20A
RM-DCPHA105145-20
රූපය 5 අං ඇන්ටනා වර්ග දෙකක්
එක්සත් ජනපදය ටෙරාහර්ට්ස් තරංග විමෝචනය සහ හඳුනාගැනීම පිළිබඳව පුළුල් පර්යේෂණ සිදු කර ඇත. සුප්‍රසිද්ධ ටෙරාහර්ට්ස් පර්යේෂණ රසායනාගාර අතරට ජෙට් ප්‍රචාලන රසායනාගාරය (ජේපීඑල්), ස්ටැන්ෆර්ඩ් රේඛීය ත්වරණ මධ්‍යස්ථානය (එස්එල්ඒසී), එක්සත් ජනපද ජාතික රසායනාගාරය (එල්එල්එන්එල්), ජාතික ගගනගාමී හා අභ්‍යවකාශ පරිපාලනය (නාසා), ජාතික විද්‍යා පදනම (එන්එස්එෆ්) ආදිය ඇතුළත් වේ. ටෙරාහර්ට්ස් යෙදුම් සඳහා නව ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනා නිර්මාණය කර ඇත, එනම් බෝටි ඇන්ටනා සහ සංඛ්‍යාත කදම්භ සුක්කානම ඇන්ටනා ය. ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනා සංවර්ධනයට අනුව, රූප සටහන 6 හි දැක්වෙන පරිදි ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනා සඳහා මූලික සැලසුම් අදහස් තුනක් අපට දැනට ලබා ගත හැකිය.
රූප සටහන 6 ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනා සඳහා මූලික සැලසුම් අදහස් තුනක්
ඉහත විග්‍රහයෙන් පෙනී යන්නේ බොහෝ රටවල් ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනා කෙරෙහි විශාල අවධානයක් යොමු කර ඇතත් එය තවමත් මූලික ගවේෂණ සහ සංවර්ධන මට්ටමේ පවතින බවයි. ඉහළ ප්‍රචාරණ පාඩුව සහ අණුක අවශෝෂණය හේතුවෙන්, THz ඇන්ටනා සාමාන්‍යයෙන් සම්ප්රේෂණ දුර සහ ආවරණය මගින් සීමා වේ. සමහර අධ්‍යයනයන් THz කලාපයේ අඩු මෙහෙයුම් සංඛ්‍යාත කෙරෙහි අවධානය යොමු කරයි. පවතින terahertz ඇන්ටෙනා පර්යේෂණ ප්රධාන වශයෙන් අවධානය යොමු කරන්නේ පාර විද්යුත් කාච ඇන්ටනා ආදිය භාවිතයෙන් ලාභය වැඩි දියුණු කිරීම සහ සුදුසු ඇල්ගොරිතම භාවිතයෙන් සන්නිවේදන කාර්යක්ෂමතාව වැඩි දියුණු කිරීම කෙරෙහි ය. මීට අමතරව, terahertz ඇන්ටෙනා ඇසුරුම්වල කාර්යක්ෂමතාව වැඩි දියුණු කරන්නේ කෙසේද යන්න ද ඉතා හදිසි ගැටළුවකි.
සාමාන්‍ය THz ඇන්ටනා
THz ඇන්ටනා වර්ග බොහොමයක් තිබේ: කේතුකාකාර කුහර සහිත ඩයිපෝල් ඇන්ටනා, කොන් පරාවර්තක අරා, බෝටි ඩයිපෝල්, පාර විද්යුත් කාච ප්ලැනර් ඇන්ටනා, THz ප්‍රභව විකිරණ ප්‍රභවයන් ජනනය කිරීම සඳහා ප්‍රකාශ සන්නායක ඇන්ටනා, අං ඇන්ටනා, THz ඇන්ටෙනා, ද්රව්ය අනුව. THz ඇන්ටනා සෑදීමට භාවිතා කරන ද්රව්ය, ඒවා දළ වශයෙන් ලෝහ ඇන්ටනා (ප්රධාන වශයෙන් අං ඇන්ටනා), පාර විද්යුත් ඇන්ටනා (කාච ඇන්ටනා) සහ නව ද්රව්ය ඇන්ටනා ලෙස බෙදිය හැකිය. මෙම කොටස මුලින්ම මෙම ඇන්ටනා පිළිබඳ මූලික විශ්ලේෂණයක් ලබා දෙන අතර ඊළඟ කොටසේදී සාමාන්‍ය THz ඇන්ටනා පහක් විස්තරාත්මකව හඳුන්වා දී ගැඹුරින් විශ්ලේෂණය කෙරේ.
1. ලෝහ ඇන්ටනා
හෝන් ඇන්ටනාව යනු THz කලාපයේ වැඩ කිරීමට නිර්මාණය කර ඇති සාමාන්‍ය ලෝහ ඇන්ටෙනාවකි. සම්භාව්‍ය මිලිමීටර තරංග ග්‍රාහකයක ඇන්ටනාව කේතුකාකාර අං වේ. භ්‍රමණ සමමිතික විකිරණ රටා, 20 සිට 30 dBi දක්වා ඉහළ ලාභයක් සහ -30 dB හි අඩු හරස් ධ්‍රැවීකරණ මට්ටම සහ 97% සිට 98% දක්වා සම්බන්ධ කිරීමේ කාර්යක්ෂමතාව ඇතුළුව රැලි සහිත සහ ද්විත්ව මාදිලියේ ඇන්ටනා බොහෝ වාසි ඇත. අං ඇන්ටනා දෙකෙහි පවතින කලාප පළල පිළිවෙලින් 30%-40% සහ 6%-8% වේ.
ටෙරාහර්ට්ස් තරංගවල සංඛ්යාතය ඉතා ඉහළ බැවින්, අං ඇන්ටෙනාවේ ප්රමාණය ඉතා කුඩා බැවින්, විශේෂයෙන් ඇන්ටෙනා අරා සැලසුම් කිරීමේදී, අං සැකසීම ඉතා අපහසු වන අතර, සැකසුම් තාක්ෂණයේ සංකීර්ණත්වය අධික පිරිවැයට හේතු වේ. සීමිත නිෂ්පාදනය. සංකීර්ණ අං මෝස්තරයේ පතුල නිෂ්පාදනය කිරීමේ දුෂ්කරතාවය හේතුවෙන්, කේතුකාකාර හෝ කේතුකාකාර අං ආකාරයෙන් සරල අං ඇන්ටෙනාවක් සාමාන්‍යයෙන් භාවිතා වන අතර එමඟින් පිරිවැය සහ ක්‍රියාවලි සංකීර්ණත්වය අඩු කළ හැකි අතර ඇන්ටෙනාවෙහි විකිරණ ක්‍රියාකාරිත්වය පවත්වා ගත හැකිය. හොඳයි.
තවත් ලෝහ ඇන්ටනාවක් යනු සංචරණ තරංග පිරමීඩ ඇන්ටනාවකි, එය මයික්‍රෝන 1.2 පාර විද්යුත් පටලයක් මත ඒකාබද්ධ කර සිලිකන් වේෆරයක් මත කොටා ඇති කල්පවත්නා කුහරයක අත්හිටුවන ලද ගමන් තරංග ඇන්ටෙනාවකින් සමන්විත වේ. මෙම ඇන්ටනාව රූප සටහන 7 හි දැක්වෙන පරිදි විවෘත ව්‍යුහයකි. Schottky diodes සමඟ අනුකූල වේ. එහි සාපේක්ෂ සරල ව්යුහය සහ අඩු නිෂ්පාදන අවශ්යතා නිසා එය සාමාන්‍යයෙන් 0.6 THz ට වැඩි සංඛ්‍යාත කලාපවල භාවිතා කළ හැක. කෙසේ වෙතත්, ඇන්ටෙනාවේ සයිඩ්ලොබ් මට්ටම සහ හරස් ධ්‍රැවීකරණ මට්ටම ඉහළ මට්ටමක පවතී, බොහෝ විට එහි විවෘත ව්යුහය නිසා විය හැක. එබැවින් එහි සම්බන්ධ කිරීමේ කාර්යක්ෂමතාව සාපේක්ෂව අඩුය (50% පමණ).
රූපය 7 සංචාරක තරංග පිරමිඩීය ඇන්ටනාව
2. පාර විද්යුත් ඇන්ටනාව
පාර විද්යුත් ඇන්ටනාව යනු පාර විද්යුත් උපස්ථරයක සහ ඇන්ටෙනා රේඩියේටරයක එකතුවකි. නිසි සැලසුම හරහා, පාර විද්යුත් ඇන්ටනාවට අනාවරකය සමඟ සම්බාධනය ගැලපීම ලබා ගත හැකි අතර, සරල ක්‍රියාවලියේ, පහසු ඒකාබද්ධතාවයේ සහ අඩු පිරිවැයේ වාසි ඇත. මෑත වසරවලදී, පර්යේෂකයන් විසින් ටෙරාහර්ට්ස් පාර විද්යුත් ඇන්ටෙනා වල අඩු සම්බාධන අනාවරකවලට ගැලපෙන පටුබෑන්ඩ් සහ බ්‍රෝඩ්බෑන්ඩ් පැති-ගිනි ඇන්ටනා කිහිපයක් නිර්මාණය කර ඇත: සමනල ඇන්ටනාව, ද්විත්ව U-හැඩැති ඇන්ටනාව, ලඝු-ආවර්තිතා ඇන්ටනාව සහ ලොග්-ආවර්තිතා සයිනාකාර ඇන්ටනා, ලෙස. රූප සටහන 8 හි පෙන්වා ඇත. මීට අමතරව, වඩාත් සංකීර්ණ ඇන්ටෙනා ජ්යාමිතිය ජාන ඇල්ගොරිතම හරහා නිර්මාණය කළ හැක.
රූප සටහන 8 ප්ලැනර් ඇන්ටනා වර්ග හතරක්
කෙසේ වෙතත්, පාර විද්යුත් ඇන්ටනාව පාර විද්යුත් උපස්ථරයක් සමඟ සංකලනය වී ඇති බැවින්, සංඛ්යාතය THz කලාපයට නැඹුරු වන විට මතුපිට තරංග ආචරණයක් ඇතිවේ. මෙම මාරාන්තික අවාසිය ක්‍රියාත්මක වීමේදී ඇන්ටෙනාවට විශාල ශක්තියක් අහිමි වන අතර ඇන්ටෙනා විකිරණ කාර්යක්ෂමතාවයේ සැලකිය යුතු අඩුවීමක් ඇති කරයි. රූප සටහන 9 හි පෙන්වා ඇති පරිදි, ඇන්ටෙනා විකිරණ කෝණය කැපුම් කෝණයට වඩා වැඩි වන විට, එහි ශක්තිය පාර විද්යුත් උපස්ථරය තුළ සීමා වී උපස්ථර මාදිලිය සමඟ සම්බන්ධ වේ.
රූපය 9 ඇන්ටෙනා මතුපිට තරංග ආචරණය
උපස්ථරයේ ඝනකම වැඩි වන විට, ඉහළ අනුපිළිවෙලෙහි මාතයන් සංඛ්යාව වැඩි වන අතර, ඇන්ටනාව සහ උපස්ථරය අතර සම්බන්ධ කිරීම වැඩි වන අතර, එහි ප්රතිඵලයක් ලෙස ශක්තිය අහිමි වේ. මතුපිට තරංග ආචරණය දුර්වල කිරීම සඳහා, ප්‍රශස්තිකරණ යෝජනා ක්‍රම තුනක් ඇත:
1) විද්යුත් චුම්භක තරංගවල කදම්භ සෑදීමේ ලක්ෂණ භාවිතා කිරීමෙන් ලාභය වැඩි කිරීමට ඇන්ටනාව මත කාචයක් පටවන්න.
2) විද්යුත් චුම්භක තරංගවල ඉහළ අනුපිළිවෙලෙහි උත්පාදනය මැඩපැවැත්වීම සඳහා උපස්ථරයේ ඝණකම අඩු කරන්න.
3) උපස්ථර පාර විද්යුත් ද්රව්යය විද්යුත් චුම්භක කලාප පරතරය (EBG) සමඟ ප්රතිස්ථාපනය කරන්න. EBG හි අවකාශීය පෙරහන ලක්ෂණ ඉහළ-අනුපිළිවෙලේ මාතයන් යටපත් කළ හැක.
3. නව ද්රව්ය ඇන්ටනා
ඉහත ඇන්ටෙනා දෙකට අමතරව නව ද්රව්ය වලින් සාදන ලද ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනාවක්ද ඇත. උදාහරණයක් ලෙස, 2006 දී, Jin Hao et al. කාබන් නැනෝ ටියුබ් ඩයිපෝල් ඇන්ටනාවක් යෝජනා කළේය. රූප සටහන 10 (a) හි පෙන්වා ඇති පරිදි ඩයිපෝලය ලෝහ ද්රව්ය වෙනුවට කාබන් නැනෝ ටියුබ් වලින් සාදා ඇත. ඔහු කාබන් නැනෝ ටියුබ් ඩයිපෝල් ඇන්ටෙනාවේ අධෝරක්ත හා දෘශ්‍ය ගුණ හොඳින් අධ්‍යයනය කළ අතර සීමිත දිග කාබන් නැනෝ ටියුබ් ඩයිපෝල් ඇන්ටනාවෙහි ආදාන සම්බාධනය, ධාරා ව්‍යාප්තිය, ලාභය, කාර්යක්ෂමතාව සහ විකිරණ රටාව වැනි සාමාන්‍ය ලක්ෂණ සාකච්ඡා කළේය. Figure 10 (b) කාබන් නැනෝ ටියුබ් ඩයිපෝල් ඇන්ටනාවෙහි ආදාන සම්බාධනය සහ සංඛ්යාතය අතර සම්බන්ධය පෙන්වයි. රූප සටහන 10(b) හි දැකිය හැකි පරිදි, ආදාන සම්බාධනයේ මනඃකල්පිත කොටස වැඩි සංඛ්‍යාතවල ශුන්‍ය කිහිපයක් ඇත. මෙම ඇන්ටනාවට විවිධ සංඛ්‍යාතවල බහු අනුනාදයක් ලබා ගත හැකි බව පෙන්නුම් කරයි. පැහැදිලිවම, කාබන් නැනෝ ටියුබ් ඇන්ටනාව යම් සංඛ්‍යාත පරාසයක් තුළ (අඩු THz සංඛ්‍යාත) අනුනාදයක් පෙන්නුම් කරයි, නමුත් මෙම පරාසයෙන් පිටත අනුනාද වීමට සම්පූර්ණයෙන්ම නොහැකි වේ.
රූපය 10 (අ) කාබන් නැනෝ ටියුබ් ඩයිපෝල් ඇන්ටනාව. (ආ) ආදාන සම්බාධනය-සංඛ්‍යාත වක්‍රය
2012 දී Samir F. Mahmoud සහ Ayed R. AlAjmi විසින් කාබන් නැනෝ ටියුබ් මත පදනම් වූ නව ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටෙනා ව්යුහයක් යෝජනා කරන ලද අතර එය පාර විද්යුත් ස්ථර දෙකකින් ඔතා ඇති කාබන් නැනෝ ටියුබ් මිටියකින් සමන්විත වේ. අභ්‍යන්තර පාර විද්යුත් ස්තරය පාර විද්යුත් පෙන තට්ටුවක් වන අතර පිටත පාර විද්යුත් ස්ථරය පාර ද්රව්ය ස්ථරයකි. නිශ්චිත ව්යුහය රූප සටහන 11 හි පෙන්වා ඇත. පරීක්ෂා කිරීම හරහා, තනි බිත්ති සහිත කාබන් නැනෝ ටියුබ් හා සසඳන විට ඇන්ටෙනාවෙහි විකිරණ ක්‍රියාකාරිත්වය වැඩි දියුණු කර ඇත.
රූපය 11 කාබන් නැනෝ ටියුබ් මත පදනම් වූ නව ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනාව
ඉහත යෝජිත නව ද්රව්ය ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනා ප්රධාන වශයෙන් ත්‍රිමාන වේ. ඇන්ටෙනාවේ කලාප පළල වැඩි දියුණු කිරීම සහ අනුකූල ඇන්ටනා සෑදීම සඳහා, ප්ලැනර් ග්‍රැෆීන් ඇන්ටනා පුළුල් ලෙස අවධානයට ලක්ව ඇත. ග්‍රැෆීන් විශිෂ්ට ගතික අඛණ්ඩ පාලන ලක්ෂණ ඇති අතර පක්ෂග්‍රාහී වෝල්ටීයතාවය සකස් කිරීමෙන් මතුපිට ප්ලාස්මා ජනනය කළ හැකිය. ධනාත්මක පාර විද්යුත් නියත උපස්ථර (Si, SiO2, ආදිය) සහ සෘණ පාර විද්යුත් නියත උපස්ථර (වටිනා ලෝහ, ග්‍රැෆීන්, ආදිය) අතර අතුරු මුහුණත මත මතුපිට ප්ලාස්මා පවතී. වටිනා ලෝහ සහ ග්‍රැෆීන් වැනි සන්නායකවල "නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන" විශාල ප්‍රමාණයක් ඇත. මෙම නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන ප්ලාස්මා ලෙසද හැඳින්වේ. සන්නායකයේ ආවේනික විභව ක්ෂේත්‍රය හේතුවෙන්, මෙම ප්ලාස්මා ස්ථායී තත්වයක පවතින අතර බාහිර ලෝකයෙන් බාධා නොකරයි. සිද්ධි විද්යුත් චුම්භක තරංග ශක්තිය මෙම ප්ලාස්මාවලට සම්බන්ධ කළ විට ප්ලාස්මා ස්ථාවර තත්ත්වයෙන් බැහැර වී කම්පනය වේ. පරිවර්තනයෙන් පසුව, විද්යුත් චුම්භක මාදිලිය අතුරු මුහුණතේ තීර්යක් චුම්බක තරංගයක් සාදයි. Drude ආකෘතිය මගින් ලෝහ මතුපිට ප්ලාස්මාවේ විසරණ සම්බන්ධතාවයේ විස්තරයට අනුව, ලෝහවලට ස්වාභාවිකවම නිදහස් අවකාශයේ විද්යුත් චුම්භක තරංග සමඟ සම්බන්ධ වී ශක්තිය පරිවර්තනය කළ නොහැක. මතුපිට ප්ලාස්මා තරංග උද්දීපනය කිරීම සඳහා වෙනත් ද්රව්ය භාවිතා කිරීම අවශ්ය වේ. මතුපිට ප්ලාස්මා තරංග ලෝහ-උපස්ථර අතුරුමුහුණතේ සමාන්තර දිශාවට වේගයෙන් ක්ෂය වේ. ලෝහ සන්නායකය මතුපිටට ලම්බකව දිශාවට ගමන් කරන විට, සමේ බලපෑමක් ඇතිවේ. පැහැදිලිවම, ඇන්ටෙනාවේ කුඩා ප්රමාණය නිසා, ඉහළ සංඛ්‍යාත කලාපයේ සමේ ආචරණයක් ඇති අතර, එමඟින් ඇන්ටෙනා ක්‍රියාකාරිත්වය තියුනු ලෙස පහත වැටෙන අතර ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනාවල අවශ්යතා සපුරාලිය නොහැක. ග්‍රැෆීන්හි මතුපිට ප්ලාස්මෝනයට වැඩි බන්ධන බලයක් සහ අඩු පාඩුවක් ඇතිවා පමණක් නොව, අඛණ්ඩ විද්යුත් සුසර කිරීම සඳහා ද සහාය වේ. මීට අමතරව, ග්‍රැෆීන් ටෙරාහර්ට්ස් කලාපයේ සංකීර්ණ සන්නායකතාවක් ඇත. එබැවින්, මන්දගාමී තරංග ප්‍රචාරණය ටෙරාහර්ට්ස් සංඛ්‍යාතවල ප්ලාස්මා මාදිලියට සම්බන්ධ වේ. ටෙරාහර්ට්ස් කලාපයේ ලෝහ ද්රව්ය ප්රතිස්ථාපනය කිරීමට ග්‍රැෆීන් වල ශක්‍යතාව මෙම ලක්ෂණ සම්පුර්ණයෙන්ම පෙන්නුම් කරයි.
ග්‍රැෆීන් මතුපිට ප්ලාස්මන්වල ධ්‍රැවීකරණ හැසිරීම මත පදනම්ව, රූප සටහන 12 නව ආකාරයේ තීරු ඇන්ටෙනාවක් පෙන්වන අතර ග්‍රැෆීන්හි ප්ලාස්මා තරංගවල ප්‍රචාරණ ලක්ෂණවල කලාප හැඩය යෝජනා කරයි. සුසර කළ හැකි ඇන්ටෙනා පටියේ සැලසුම නව ද්රව්ය ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනා වල ප්‍රචාරණ ලක්ෂණ අධ්‍යයනය කිරීමට නව ක්රමයක් සපයයි.
රූපය 12 නව තීරු ඇන්ටෙනාව
ඒකකයේ නව ද්රව්ය ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටෙනා මූලද්‍රව්‍ය ගවේෂණය කිරීමට අමතරව, ග්‍රැෆීන් නැනෝපෑච් ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනා ටෙරාහර්ට්ස් බහු-ආදාන බහු-ප්‍රතිදාන ඇන්ටෙනා සන්නිවේදන පද්ධති තැනීමට අරා ලෙසද සැලසුම් කළ හැකිය. ඇන්ටෙනා ව්යුහය රූප සටහන 13 හි දක්වා ඇත. ග්‍රැෆීන් නැනෝපැච් ඇන්ටෙනා වල අද්විතීය ගුණාංග මත පදනම්ව, ඇන්ටෙනා මූලද්‍රව්‍ය මයික්‍රෝන පරිමාණ මානයන් ඇත. රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් වීම තුනී නිකල් ස්ථරයක් මත විවිධ ග්‍රැෆීන් රූප සෘජුවම සංස්ලේෂණය කර ඒවා ඕනෑම උපස්ථරයකට මාරු කරයි. සුදුසු සංරචක සංඛ්‍යාවක් තෝරා ගැනීමෙන් සහ විද්යුත් ස්ථිතික පක්ෂග්‍රාහී වෝල්ටීයතාවය වෙනස් කිරීමෙන්, විකිරණ දිශාව ඵලදායි ලෙස වෙනස් කළ හැකි අතර එමඟින් පද්ධතිය නැවත සකස් කළ හැකිය.
Figure 13 Graphene nanopatch terahertz ඇන්ටෙනා අරාව
නව ද්රව්ය පිළිබඳ පර්යේෂණ සාපේක්ෂව නව දිශාවකි. ද්‍රව්‍යවල නව්‍යකරණය සාම්ප්‍රදායික ඇන්ටෙනා වල සීමාවන් බිඳ දමා ප්‍රතිනිර්මාණය කළ හැකි මෙටා ද්රව්ය, ද්විමාන (2D) ද්රව්ය වැනි විවිධ නව ඇන්ටනා සංවර්ධනය කිරීමට අපේක්ෂා කෙරේ. කෙසේ වෙතත්, මෙම වර්ගයේ ඇන්ටනා ප්රධාන වශයෙන් රඳා පවතින්නේ නව නවෝත්පාදනය මත ය. ද්රව්ය සහ ක්රියාවලිය තාක්ෂණයේ දියුණුව. ඕනෑම අවස්ථාවක, ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනා සංවර්ධනය කිරීම සඳහා ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනාවල ඉහළ ලාභ, අඩු පිරිවැය සහ පුළුල් කලාප පළල අවශ්යතා සපුරාලීම සඳහා නව්‍ය ද්රව්ය, නිරවද්‍ය සැකසුම් තාක්ෂණය සහ නව නිර්මාණ ව්‍යුහයන් අවශ්ය වේ.
පහත දැක්වෙන්නේ ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනා වර්ග තුනක මූලික මූලධර්ම හඳුන්වා දෙයි: ලෝහ ඇන්ටනා, පාර විද්යුත් ඇන්ටනා සහ නව ද්රව්ය ඇන්ටනා, සහ ඒවායේ වෙනස්කම් සහ වාසි සහ අවාසි විශ්ලේෂණය කරයි.
1. ලෝහ ඇන්ටනාව: ජ්යාමිතිය සරලයි, සැකසීමට පහසුයි, සාපේක්ෂව අඩු පිරිවැයක් සහ උපස්ථර ද්රව්ය සඳහා අඩු අවශ්යතා. කෙසේ වෙතත්, ලෝහ ඇන්ටනා දෝෂ වලට ගොදුරු වන ඇන්ටෙනාවේ පිහිටීම සකස් කිරීම සඳහා යාන්ත්රික ක්රමයක් භාවිතා කරයි. ගැලපීම නිවැරදි නොවේ නම්, ඇන්ටෙනාවේ කාර්ය සාධනය විශාල ලෙස අඩු වේ. ලෝහ ඇන්ටනාව ප්‍රමාණයෙන් කුඩා වුවද, එය ප්ලැනර් පරිපථයකින් එකලස් කිරීම අපහසුය.
2. පාර විද්යුත් ඇන්ටනාව: පාර විද්යුත් ඇන්ටනාවට අඩු ආදාන සම්බාධනයක් ඇත, අඩු සම්බාධක අනාවරකයක් සමඟ ගැලපීම පහසු වන අතර ප්ලානර් පරිපථයක් සමඟ සම්බන්ධ වීම සාපේක්ෂව සරල ය. පාර විද්යුත් ඇන්ටනාවල ජ්‍යාමිතික හැඩතලවලට සමනල හැඩය, ද්විත්ව U හැඩය, සාම්ප්‍රදායික ලඝුගණක හැඩය සහ ලඝුගණක ආවර්තිතා සයින් හැඩය ඇතුළත් වේ. කෙසේ වෙතත්, පාර විද්යුත් ඇන්ටනා වල ද මාරාන්තික දෝෂයක් ඇත, එනම් ඝන උපස්ථරය නිසා ඇතිවන මතුපිට තරංග ආචරණය. විසඳුම වන්නේ කාචයක් පැටවීම සහ පාර විද්යුත් උපස්ථරය EBG ව්යුහයක් සමඟ ප්රතිස්ථාපනය කිරීමයි. විසඳුම් දෙකටම ක්‍රියාවලි තාක්ෂණය සහ ද්‍රව්‍යවල නව්‍යකරණය සහ අඛණ්ඩ වැඩිදියුණු කිරීම් අවශ්ය වේ, නමුත් ඒවායේ විශිෂ්ට ක්‍රියාකාරිත්වය (සර්ව දිශානතිය සහ මතුපිට තරංග මර්දනය වැනි) ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනා පර්යේෂණ සඳහා නව අදහස් ලබා දිය හැකිය.
3. නව ද්රව්ය ඇන්ටනා: දැනට කාබන් නැනෝ ටියුබ් වලින් සාදන ලද නව ඩයිපෝල් ඇන්ටනා සහ පාර ද්රව්ය වලින් සාදන ලද නව ඇන්ටෙනා ව්‍යුහයන් මතු වී ඇත. නව ද්‍රව්‍යවලට නව කාර්ය සාධන ජයග්‍රහණ ගෙන ආ හැකි නමුත්, මූලාරම්භය ද්රව්ය විද්‍යාවේ නවෝත්පාදනයයි. දැනට, නව ද්රව්ය ඇන්ටනා පිළිබඳ පර්යේෂණ තවමත් ගවේෂණ මට්ටමේ පවතින අතර බොහෝ ප්රධාන තාක්ෂණයන් ප්‍රමාණවත් තරම් පරිණත නොවේ.
සාරාංශයක් ලෙස, සැලසුම් අවශ්යතා අනුව විවිධ වර්ගයේ ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනා තෝරා ගත හැකිය:
1) සරල මෝස්තරයක් සහ අඩු නිෂ්පාදන පිරිවැයක් අවශ්ය නම්, ලෝහ ඇන්ටනා තෝරා ගත හැකිය.
2) ඉහළ අනුකලනයක් සහ අඩු ආදාන සම්බාධනයක් අවශ්ය නම්, පාර විද්යුත් ඇන්ටනා තෝරාගත හැක.
3) කාර්ය සාධනයේ ඉදිරි ගමනක් අවශ්ය නම්, නව ද්රව්ය ඇන්ටනා තෝරා ගත හැකිය.
ඉහත සැලසුම් ද විශේෂිත අවශ්යතා අනුව සකස් කළ හැක. උදාහරණයක් ලෙස, වැඩි වාසි ලබා ගැනීම සඳහා ඇන්ටනා වර්ග දෙකක් ඒකාබද්ධ කළ හැකි නමුත්, එකලස් කිරීමේ ක්රමය සහ සැලසුම් තාක්ෂණය වඩාත් දැඩි අවශ්යතා සපුරාලිය යුතුය.
ඇන්ටනා පිළිබඳ වැඩිදුර දැන ගැනීමට කරුණාකර පිවිසෙන්න:
පසු කාලය: අගෝස්තු-02-2024
