රැහැන් රහිත උපාංගවල වැඩිවන ජනප්‍රියතාවයත් සමඟ, දත්ත සේවා වේගවත් සංවර්ධනයේ නව කාල පරිච්ඡේදයකට පිවිස ඇති අතර එය දත්ත සේවාවන්හි පුපුරන සුලු වර්ධනය ලෙසද හැඳින්වේ. වර්තමානයේ, යෙදුම් විශාල සංඛ්‍යාවක් පරිගණක වලින් තථ්‍ය කාලීනව රැගෙන යාමට සහ ක්‍රියාත්මක වීමට පහසු ජංගම දුරකථන වැනි රැහැන් රහිත උපාංග වෙත ක්‍රමයෙන් සංක්‍රමණය වෙමින් පවතී, නමුත් මෙම තත්වය දත්ත ගමනාගමනයේ වේගවත් වැඩිවීමකට සහ කලාප පළල සම්පත් හිඟයකට ද හේතු වී තිබේ. සංඛ්‍යාලේඛනවලට අනුව, වෙළඳපොලේ දත්ත අනුපාතය ඉදිරි වසර 10 සිට 15 දක්වා කාලය තුළ Gbps හෝ Tbps දක්වා ළඟා විය හැකිය. වර්තමානයේ, THz සන්නිවේදනය Gbps දත්ත අනුපාතයකට ළඟා වී ඇති අතර, Tbps දත්ත අනුපාතය තවමත් සංවර්ධනයේ මුල් අවධියේ පවතී. අදාළ පත්‍රිකාවක් THz කලාපය මත පදනම්ව Gbps දත්ත අනුපාතවල නවතම ප්‍රගතිය ලැයිස්තුගත කර ඇති අතර ධ්‍රැවීකරණ බහුකාර්යකරණය හරහා Tbps ලබා ගත හැකි බව පුරෝකථනය කරයි. එබැවින්, දත්ත සම්ප්‍රේෂණ අනුපාතය වැඩි කිරීම සඳහා, කළ හැකි විසඳුමක් වන්නේ නව සංඛ්‍යාත කලාපයක් සංවර්ධනය කිරීමයි, එය ටෙරාහර්ට්ස් කලාපය වන අතර එය මයික්‍රෝවේව් සහ අධෝරක්ත ආලෝකය අතර "හිස් ප්‍රදේශයේ" පවතී. 2019 දී පැවති ITU ලෝක ගුවන්විදුලි සන්නිවේදන සමුළුවේදී (WRC-19) ස්ථාවර සහ ගොඩබිම් ජංගම සේවා සඳහා 275-450GHz සංඛ්‍යාත පරාසය භාවිතා කර ඇත. ටෙරාහර්ට්ස් රැහැන් රහිත සන්නිවේදන පද්ධති බොහෝ පර්යේෂකයන්ගේ අවධානයට ලක්ව ඇති බව දැකිය හැකිය.
ටෙරාහර්ට්ස් විද්‍යුත් චුම්භක තරංග සාමාන්‍යයෙන් අර්ථ දැක්වෙන්නේ 0.1-10THz (1THz=1012Hz) සංඛ්‍යාත කලාපයක් වන අතර එහි තරංග ආයාමය 0.03-3 mm වේ. IEEE ප්‍රමිතියට අනුව, ටෙරාහර්ට්ස් තරංග 0.3-10THz ලෙස අර්ථ දක්වා ඇත. රූපය 1 හි දැක්වෙන්නේ ටෙරාහර්ට්ස් සංඛ්‍යාත කලාපය ක්ෂුද්‍ර තරංග සහ අධෝරක්ත කිරණ අතර ඇති බවයි.
රූපය 1 THz සංඛ්‍යාත කලාපයේ ක්‍රමානුරූප සටහන.
ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනා සංවර්ධනය
ටෙරාහර්ට්ස් පර්යේෂණ 19 වන සියවසේදී ආරම්භ වුවද, ඒ වන විට එය ස්වාධීන ක්ෂේත්‍රයක් ලෙස අධ්‍යයනය කර නොතිබුණි. ටෙරාහර්ට්ස් විකිරණ පිළිබඳ පර්යේෂණ ප්‍රධාන වශයෙන් දුරස්ථ අධෝරක්ත කලාපය කෙරෙහි අවධානය යොමු කරන ලදී. පර්යේෂකයන් මිලිමීටර තරංග පර්යේෂණ ටෙරාහර්ට්ස් කලාපයට ගෙන යාමට සහ විශේෂිත ටෙරාහර්ට්ස් තාක්‍ෂණ පර්යේෂණ සිදු කිරීමට පටන් ගත්තේ 20 වන සියවසේ මැද භාගයේ සිට අග භාගය දක්වා පමණි.
1980 ගණන්වලදී, ටෙරාහර්ට්ස් විකිරණ ප්‍රභවයන් මතුවීම නිසා ප්‍රායෝගික පද්ධතිවල ටෙරාහර්ට්ස් තරංග යෙදීමට හැකි විය. 21 වන සියවසේ සිට, රැහැන් රහිත සන්නිවේදන තාක්ෂණය වේගයෙන් වර්ධනය වී ඇති අතර, තොරතුරු සඳහා ජනතාවගේ ඉල්ලුම සහ සන්නිවේදන උපකරණවල වැඩිවීම සන්නිවේදන දත්ත සම්ප්‍රේෂණ අනුපාතය සඳහා වඩාත් දැඩි අවශ්‍යතා ඉදිරිපත් කර ඇත. එබැවින්, අනාගත සන්නිවේදන තාක්ෂණයේ එක් අභියෝගයක් වන්නේ එක් ස්ථානයක තත්පරයට ගිගාබිට් ඉහළ දත්ත අනුපාතයකින් ක්‍රියාත්මක වීමයි. වත්මන් ආර්ථික සංවර්ධනය යටතේ, වර්ණාවලි සම්පත් වඩ වඩාත් හිඟ වී ඇත. කෙසේ වෙතත්, සන්නිවේදන ධාරිතාව සහ වේගය සඳහා මානව අවශ්‍යතා නිමක් නැත. වර්ණාවලි තදබදයේ ගැටලුව සඳහා, බොහෝ සමාගම් අවකාශීය බහුකාර්යකරණය හරහා වර්ණාවලි 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 ඉක්මවනු ඇති අතර, මූලික මධ්‍යස්ථානවල දත්ත ගමනාගමනය ද සැලකිය යුතු ලෙස වැඩි වනු ඇත. සාම්ප්‍රදායික මිලිමීටර තරංග සන්නිවේදන පද්ධති සඳහා, මයික්‍රෝවේව් සබැඳිවලට මෙම දැවැන්ත දත්ත ප්‍රවාහ හැසිරවීමට නොහැකි වනු ඇත. ඊට අමතරව, දෘෂ්ටි රේඛාවේ බලපෑම නිසා, අධෝරක්ත සන්නිවේදනයේ සම්ප්‍රේෂණ දුර කෙටි වන අතර එහි සන්නිවේදන උපකරණවල පිහිටීම ස්ථාවර වේ. එබැවින්, මයික්‍රෝවේව් සහ අධෝරක්ත අතර ඇති THz තරංග, THz සබැඳි භාවිතා කිරීමෙන් අධිවේගී සන්නිවේදන පද්ධති ගොඩනැගීමට සහ දත්ත සම්ප්‍රේෂණ අනුපාත වැඩි කිරීමට භාවිතා කළ හැකිය.
ටෙරාහර්ට්ස් තරංගවලට පුළුල් සන්නිවේදන කලාප පළලක් සැපයිය හැකි අතර, එහි සංඛ්‍යාත පරාසය ජංගම සන්නිවේදනවලට වඩා 1000 ගුණයක් පමණ වේ. එබැවින්, අතිශය අධිවේගී රැහැන් රහිත සන්නිවේදන පද්ධති ගොඩනැගීම සඳහා THz භාවිතා කිරීම බොහෝ පර්යේෂණ කණ්ඩායම් සහ කර්මාන්තවල උනන්දුව ආකර්ෂණය කර ඇති ඉහළ දත්ත අනුපාතවල අභියෝගයට පොරොන්දු වූ 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 පරාසයේ ලක්ෂ්‍යයෙන් ලක්ෂ්‍යයට දත්ත හුවමාරුව නිර්වචනය කරයි. සබැඳියේ විකල්ප භෞතික ස්ථරයට (PHY) විවිධ කලාප පළලවලදී 100 Gbps දක්වා දත්ත අනුපාත ලබා ගත හැකිය.
0.12 THz ක පළමු සාර්ථක THz සන්නිවේදන පද්ධතිය 2004 දී ස්ථාපිත කරන ලද අතර, 0.3 THz ක THz සන්නිවේදන පද්ධතිය 2013 දී සාක්ෂාත් කර ගන්නා ලදී. 2004 සිට 2013 දක්වා ජපානයේ ටෙරාහර්ට්ස් සන්නිවේදන පද්ධතිවල පර්යේෂණ ප්‍රගතිය 1 වගුවේ ලැයිස්තුගත කර ඇත.
වගුව 1 2004 සිට 2013 දක්වා ජපානයේ ටෙරාහර්ට්ස් සන්නිවේදන පද්ධතිවල පර්යේෂණ ප්‍රගතිය
2004 දී සංවර්ධනය කරන ලද සන්නිවේදන පද්ධතියක ඇන්ටෙනා ව්‍යුහය 2005 දී නිපොන් ටෙලිග්‍රාෆ් සහ දුරකථන සංස්ථාව (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 ක්‍රමානුරූප සටහන
පද්ධතිය ප්‍රකාශ විද්‍යුත් පරිවර්තනය සහ ඇන්ටනාව ඒකාබද්ධ කරන අතර ක්‍රියාකාරී ආකාර දෙකක් අනුගමනය කරයි:
1. සමීප පරාසයක ගෘහස්ථ පරිසරයක, ගෘහස්ථව භාවිතා කරන තල ඇන්ටෙනා සම්ප්‍රේෂකය, රූපය 2(a) හි දැක්වෙන පරිදි, තනි රේඛා වාහක ෆොටෝඩයෝඩ (UTC-PD) චිපයක්, තල ස්ලොට් ඇන්ටෙනාවක් සහ සිලිකන් කාචයකින් සමන්විත වේ.
2. දිගු දුර එළිමහන් පරිසරයක, විශාල සම්ප්‍රේෂණ අලාභයේ බලපෑම සහ අනාවරකයේ අඩු සංවේදීතාව වැඩි දියුණු කිරීම සඳහා, සම්ප්‍රේෂක ඇන්ටනාවට ඉහළ ලාභයක් තිබිය යුතුය. පවතින ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනාව 50 dBi ට වැඩි ලාභයක් සහිත ගවුසියානු දෘශ්‍ය කාචයක් භාවිතා කරයි. පෝෂක අං සහ පාර විද්‍යුත් කාච සංයෝජනය රූපය 2(b) හි දක්වා ඇත.
0.12 THz සන්නිවේදන පද්ධතියක් සංවර්ධනය කිරීමට අමතරව, NTT 2012 දී 0.3THz සන්නිවේදන පද්ධතියක් ද සංවර්ධනය කළේය. අඛණ්ඩ ප්‍රශස්තිකරණය හරහා, සම්ප්‍රේෂණ අනුපාතය 100Gbps දක්වා ඉහළ යා හැකිය. වගුව 1 න් දැකිය හැකි පරිදි, එය ටෙරාහර්ට්ස් සන්නිවේදනයේ දියුණුවට විශාල දායකත්වයක් ලබා දී ඇත. කෙසේ වෙතත්, වත්මන් පර්යේෂණ කාර්යයේ 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 නවෝත්පාදනයන් අල්පය. එබැවින්, ටෙරාහර්ට්ස් සන්නිවේදන පද්ධතිවල ක්‍රියාකාරිත්වය වැඩි දියුණු කිරීම සඳහා, වැදගත් කාර්යයක් වන්නේ ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනා ප්‍රශස්ත කිරීමයි. වගුව 2 ජර්මානු THz සන්නිවේදනයේ පර්යේෂණ ප්‍රගතිය ලැයිස්තුගත කරයි. රූපය 3 (අ) ෆෝටෝනික්ස් සහ ඉලෙක්ට්‍රොනික උපකරණ ඒකාබද්ධ කරන නියෝජිත THz රැහැන් රහිත සන්නිවේදන පද්ධතියක් පෙන්වයි. රූපය 3 (ආ) සුළං උමං පරීක්ෂණ දර්ශනය පෙන්වයි. ජර්මනියේ වත්මන් පර්යේෂණ තත්ත්වය අනුව විනිශ්චය කිරීමේදී, එහි පර්යේෂණ සහ සංවර්ධනයට 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. රූපය 4 හි දැක්වෙන පරිදි, මධ්‍යස්ථානය වර්ෂය සහ සන්නිවේදන සංඛ්‍යාතය අතර සම්බන්ධතාවය අධ්‍යයනය කළේය. රූපය 4 හි දැකිය හැකි 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. THz ඇන්ටනා සහ THz සන්නිවේදන පද්ධති සඳහා අං සහ කාච වැනි යෝජිත සාම්ප්‍රදායික ඇන්ටනා සඳහා අවශ්‍යතා පිළිබඳව මධ්‍යස්ථානය නිර්දේශ ඉදිරිපත් කර ඇත. රූපය 5 හි පෙන්වා ඇති පරිදි, අං ඇන්ටනා දෙකක් පිළිවෙලින් 0.84THz සහ 1.7THz හි ක්‍රියා කරන අතර සරල ව්‍යුහයක් සහ හොඳ ගවුසියානු කදම්භ ක්‍රියාකාරිත්වයක් ඇත.
රූපය 4 වර්ෂය සහ සංඛ්‍යාතය අතර සම්බන්ධතාවය
RM-BDHA818-20A හඳුන්වා දීම
RM-DCPHA105145-20 හඳුන්වා දීම
රූපය 5 අං ඇන්ටනා වර්ග දෙකක්
ටෙරාහර්ට්ස් තරංග විමෝචනය සහ අනාවරණය කිරීම පිළිබඳව එක්සත් ජනපදය පුළුල් පර්යේෂණ සිදු කර ඇත. ප්‍රසිද්ධ ටෙරාහර්ට්ස් පර්යේෂණ රසායනාගාර අතරට ජෙට් ප්‍රචාලන රසායනාගාරය (JPL), ස්ටැන්ෆර්ඩ් රේඛීය ත්වරණකාරක මධ්‍යස්ථානය (SLAC), එක්සත් ජනපද ජාතික රසායනාගාරය (LLNL), ජාතික ගුවන් යානා සහ අභ්‍යවකාශ පරිපාලනය (NASA), ජාතික විද්‍යා පදනම (NSF) යනාදිය ඇතුළත් වේ. ටෙරාහර්ට්ස් යෙදුම් සඳහා නව ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනා නිර්මාණය කර ඇත, එනම් බෝටයි ඇන්ටනා සහ සංඛ්‍යාත කදම්භ සුක්කානම් ඇන්ටනා ය. ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනා සංවර්ධනයට අනුව, රූපය 6 හි පෙන්වා ඇති පරිදි, වර්තමානයේ අපට ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනා සඳහා මූලික නිර්මාණ අදහස් තුනක් ලබා ගත හැකිය.
රූපය 6 ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනා සඳහා මූලික නිර්මාණ අදහස් තුනක්
ඉහත විශ්ලේෂණයෙන් පෙනී යන්නේ බොහෝ රටවල් ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනා කෙරෙහි විශාල අවධානයක් යොමු කර ඇතත්, එය තවමත් මූලික ගවේෂණයේ සහ සංවර්ධන අවධියේ පවතින බවයි. ඉහළ ප්‍රචාරණ අලාභය 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 ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටෙනා පර්යේෂණ ප්‍රධාන වශයෙන් අවධානය යොමු කරන්නේ ඩයලෙක්ටික් කාච ඇන්ටනා ආදිය භාවිතා කිරීමෙන් ලාභය වැඩි දියුණු කිරීම සහ සුදුසු ඇල්ගොරිතම භාවිතා කිරීමෙන් සන්නිවේදන කාර්යක්ෂමතාව වැඩි දියුණු කිරීම කෙරෙහි ය. ඊට අමතරව, ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටෙනා ඇසුරුම්වල කාර්යක්ෂමතාව වැඩි දියුණු කරන්නේ කෙසේද යන්න ද ඉතා හදිසි ගැටළුවකි.
සාමාන්‍ය THz ඇන්ටනා
THz ඇන්ටනා වර්ග බොහොමයක් තිබේ: කේතුකාකාර කුහර සහිත ද්වි ධ්‍රැව ඇන්ටනා, කෝණ පරාවර්තක අරා, බෝටයි ඩයිපෝල්, පාර විද්‍යුත් කාච තල ඇන්ටනා, THz ප්‍රභව විකිරණ ප්‍රභවයන් ජනනය කිරීම සඳහා ප්‍රකාශ සන්නායක ඇන්ටනා, අං ඇන්ටනා, ග්‍රැෆීන් ද්‍රව්‍ය මත පදනම් වූ THz ඇන්ටනා යනාදිය. THz ඇන්ටනා සෑදීමට භාවිතා කරන ද්‍රව්‍ය අනුව, 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
අං ඇන්ටනාව යනු THz කලාපයේ ක්‍රියා කිරීමට නිර්මාණය කර ඇති සාමාන්‍ය ලෝහ ඇන්ටනාවකි. සම්භාව්‍ය මිලිමීටර තරංග ග්‍රාහකයක ඇන්ටනාව කේතුකාකාර අං එකකි. රැලි සහිත සහ ද්විත්ව මාදිලියේ ඇන්ටනාවලට බොහෝ වාසි ඇත, 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. අං ඇන්ටනා දෙකෙහි ලබා ගත හැකි කලාප පළල පිළිවෙලින් 30%-40% සහ 6%-8% වේ.
ටෙරාහර්ට්ස් තරංගවල සංඛ්‍යාතය ඉතා ඉහළ බැවින්, අං ඇන්ටෙනාවේ ප්‍රමාණය ඉතා කුඩා වන අතර, එමඟින් අං සැකසීම ඉතා අපහසු වේ, විශේෂයෙන් ඇන්ටෙනා අරා සැලසුම් කිරීමේදී, සහ සැකසුම් තාක්ෂණයේ සංකීර්ණත්වය අධික පිරිවැයක් සහ සීමිත නිෂ්පාදනයකට මග පාදයි. සංකීර්ණ අං නිර්මාණයේ පතුල නිෂ්පාදනය කිරීමේ දුෂ්කරතාවය හේතුවෙන්, කේතුකාකාර හෝ කේතුකාකාර අං ස්වරූපයෙන් සරල අං ඇන්ටෙනාවක් සාමාන්‍යයෙන් භාවිතා කරනු ලැබේ, එමඟින් පිරිවැය සහ ක්‍රියාවලි සංකීර්ණත්වය අඩු කළ හැකි අතර, ඇන්ටෙනාවේ විකිරණ ක්‍රියාකාරිත්වය හොඳින් පවත්වා ගත හැකිය.
තවත් ලෝහ ඇන්ටනාවක් යනු ගමන් කරන තරංග පිරමීඩ ඇන්ටනාවක් වන අතර එය රූප සටහන 7 හි පෙන්වා ඇති පරිදි සිලිකන් වේෆරයක් මත කැටයම් කරන ලද කල්පවත්නා කුහරයක අත්හිටුවන ලද මයික්‍රෝන 1.2 ක පාර විද්‍යුත් පටලයක් මත ඒකාබද්ධ කරන ලද ගමන් කරන තරංග ඇන්ටනාවකින් සමන්විත වේ. මෙම ඇන්ටනාව ෂොට්කි ඩයෝඩ සමඟ අනුකූල වන විවෘත ව්‍යුහයකි. එහි සාපේක්ෂව සරල ව්‍යුහය සහ අඩු නිෂ්පාදන අවශ්‍යතා නිසා, එය සාමාන්‍යයෙන් 0.6 THz ට වැඩි සංඛ්‍යාත කලාපවල භාවිතා කළ හැකිය. කෙසේ වෙතත්, ඇන්ටෙනාවේ පැති ලෝබ් මට්ටම සහ හරස් ධ්‍රැවීකරණ මට්ටම ඉහළ ය, බොහෝ විට එහි විවෘත ව්‍යුහය නිසා විය හැකිය. එබැවින්, එහි සම්බන්ධක කාර්යක්ෂමතාව සාපේක්ෂව අඩුය (50% පමණ).
රූපය 7 ගමන් තරංග පිරමිඩීය ඇන්ටනාව
2. ද්වි විද ත් ඇන්ටනාව
පාර විද්‍යුත් ඇන්ටනාව යනු පාර විද්‍යුත් උපස්ථරයක් සහ ඇන්ටෙනා රේඩියේටරයක එකතුවකි. නිසි සැලසුමක් හරහා, පාර විද්‍යුත් ඇන්ටනාවට අනාවරකය සමඟ සම්බාධනය ගැලපීම ලබා ගත හැකි අතර, සරල ක්‍රියාවලිය, පහසු ඒකාබද්ධ කිරීම සහ අඩු පිරිවැය යන වාසි ඇත. මෑත වසරවලදී, පර්යේෂකයන් ටෙරාහර්ට්ස් පාර විද්‍යුත් ඇන්ටනා වල අඩු සම්බාධන අනාවරකවලට ගැළපෙන පටු කලාප සහ පුළුල් පරාස පැති-ගිනි ඇන්ටනා කිහිපයක් නිර්මාණය කර ඇත: සමනල ඇන්ටනාව, ද්විත්ව U-හැඩැති ඇන්ටනාව, ලොග්-ආවර්තිතා ඇන්ටනාව සහ ලොග්-ආවර්තිතා සයිනොසොයිඩල් ඇන්ටනාව, රූපය 8 හි පෙන්වා ඇති පරිදි. ඊට අමතරව, ජානමය ඇල්ගොරිතම හරහා වඩාත් සංකීර්ණ ඇන්ටෙනා ජ්‍යාමිතීන් නිර්මාණය කළ හැකිය.
රූපය 8 ප්ලැනර් ඇන්ටනා වර්ග හතරක්
කෙසේ වෙතත්, පාර විද්‍යුත් ඇන්ටනාව පාර විද්‍යුත් උපස්ථරයක් සමඟ ඒකාබද්ධ කර ඇති බැවින්, සංඛ්‍යාතය THz කලාපයට නැඹුරු වන විට මතුපිට තරංග ආචරණයක් ඇති වේ. මෙම මාරාන්තික අවාසිය නිසා ක්‍රියාත්මක වන අතරතුර ඇන්ටනාවට විශාල ශක්තියක් අහිමි වන අතර ඇන්ටෙනා විකිරණ කාර්යක්ෂමතාවයේ සැලකිය යුතු අඩුවීමක් ඇති වේ. රූපය 9 හි පෙන්වා ඇති පරිදි, ඇන්ටෙනා විකිරණ කෝණය කැපුම් කෝණයට වඩා වැඩි වූ විට, එහි ශක්තිය පාර විද්‍යුත් උපස්ථරය තුළ සීමා වී උපස්ථර මාදිලිය සමඟ සම්බන්ධ වේ.
රූපය 9 ඇන්ටෙනා මතුපිට තරංග ආචරණය
උපස්ථරයේ ඝණකම වැඩි වන විට, ඉහළ අනුපිළිවෙල මාදිලි ගණන වැඩි වන අතර, ඇන්ටනාව සහ උපස්ථරය අතර සම්බන්ධ කිරීම වැඩි වන අතර, එහි ප්‍රතිඵලයක් ලෙස බලශක්ති අලාභයක් සිදු වේ. මතුපිට තරංග ආචරණය දුර්වල කිරීම සඳහා, ප්‍රශස්තිකරණ යෝජනා ක්‍රම තුනක් ඇත:
1) විද්‍යුත් චුම්භක තරංගවල කදම්භ සැකසුම් ලක්ෂණ භාවිතා කිරීමෙන් ලාභය වැඩි කිරීම සඳහා ඇන්ටෙනාව මත කාචයක් පටවන්න.
2) ඉහළ පෙළේ විද්‍යුත් චුම්භක තරංග මාදිලි ජනනය වීම මැඩපැවැත්වීම සඳහා උපස්ථරයේ ඝණකම අඩු කරන්න.
3) උපස්ථර පාර විද්‍යුත් ද්‍රව්‍ය විද්‍යුත් චුම්භක කලාප පරතරයකින් (EBG) ප්‍රතිස්ථාපනය කරන්න. EBG හි අවකාශීය පෙරහන් ලක්ෂණ ඉහළ අනුපිළිවෙල මාතයන් මර්දනය කළ හැකිය.
3. නව ද්‍රව්‍ය ඇන්ටනා
ඉහත ඇන්ටනා දෙකට අමතරව, නව ද්‍රව්‍ය වලින් සාදන ලද ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටෙනාවක් ද ඇත. උදාහරණයක් ලෙස, 2006 දී, ජින් හාඕ සහ තවත් අය කාබන් නැනෝ ටියුබ් ඩයිපෝල් ඇන්ටෙනාවක් යෝජනා කළහ. රූපය 10 (අ) හි පෙන්වා ඇති පරිදි, ඩයිපෝලය ලෝහ ද්‍රව්‍ය වෙනුවට කාබන් නැනෝ ටියුබ් වලින් සාදා ඇත. ඔහු කාබන් නැනෝ ටියුබ් ඩයිපෝල් ඇන්ටෙනාවේ අධෝරක්ත සහ දෘශ්‍ය ගුණාංග හොඳින් අධ්‍යයනය කළ අතර ආදාන සම්බාධනය, ධාරා ව්‍යාප්තිය, ලාභය, කාර්යක්ෂමතාව සහ විකිරණ රටාව වැනි සීමිත දිග කාබන් නැනෝ ටියුබ් ඩයිපෝල් ඇන්ටෙනාවේ සාමාන්‍ය ලක්ෂණ සාකච්ඡා කළේය. රූපය 10 (ආ) කාබන් නැනෝ ටියුබ් ඩයිපෝල් ඇන්ටෙනාවේ ආදාන සම්බාධනය සහ සංඛ්‍යාතය අතර සම්බන්ධතාවය පෙන්වයි. රූපය 10 (ආ) හි දැකිය හැකි පරිදි, ආදාන සම්බාධනයේ මනඃකල්පිත කොටස ඉහළ සංඛ්‍යාතවලදී බහු ශුන්‍ය ඇත. මෙයින් ඇඟවෙන්නේ ඇන්ටනාවට විවිධ සංඛ්‍යාතවලදී බහු අනුනාද ලබා ගත හැකි බවයි. පැහැදිලිවම, කාබන් නැනෝ ටියුබ් ඇන්ටනාව යම් සංඛ්‍යාත පරාසයක් තුළ (අඩු THz සංඛ්‍යාත) අනුනාදයක් ප්‍රදර්ශනය කරයි, නමුත් මෙම පරාසයෙන් පිටත අනුනාද වීමට සම්පූර්ණයෙන්ම නොහැකි ය.
රූපය 10 (අ) කාබන් නැනෝ ටියුබ් ඩයිපෝල් ඇන්ටනාව. (ආ) ආදාන සම්බාධනය-සංඛ්‍යාත වක්‍රය
2012 දී, සමීර් එෆ්. මහමුද් සහ අයෙඩ් ආර්. අල්අජ්මි 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 ස්ථරය පාර විද්‍යුත් පෙන ස්ථරයක් වන අතර පිටත පාර විද්‍යුත් ස්ථරය පාර ද්‍රව්‍ය ස්ථරයකි. නිශ්චිත ව්‍යුහය රූපය 11 හි දක්වා ඇත. පරීක්ෂා කිරීම හරහා, ඇන්ටෙනාවේ විකිරණ ක්‍රියාකාරිත්වය තනි බිත්ති සහිත කාබන් නැනෝ ටියුබ් හා සසඳන විට වැඩිදියුණු කර ඇත.
රූපය 11 කාබන් නැනෝ ටියුබ් මත පදනම් වූ නව ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටෙනාව
ඉහත යෝජනා කර ඇති නව ද්‍රව්‍ය ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනා ප්‍රධාන වශයෙන් ත්‍රිමාණ වේ. ඇන්ටෙනාවේ කලාප පළල වැඩි දියුණු කිරීම සහ අනුකූල ඇන්ටනා සෑදීම සඳහා, තල ග්‍රැෆීන් ඇන්ටනා පුළුල් අවධානයක් ලබා ඇත. ග්‍රැෆීන් විශිෂ්ට ගතික අඛණ්ඩ පාලන ලක්ෂණ ඇති අතර නැඹුරු වෝල්ටීයතාවය සකස් කිරීමෙන් මතුපිට ප්ලාස්මා ජනනය කළ හැකිය. මතුපිට ප්ලාස්මා පවතින්නේ ධනාත්මක පාර විද්‍යුත් නියත උපස්ථර (Si, SiO2, ආදිය) සහ සෘණ පාර විද්‍යුත් නියත උපස්ථර (වටිනා ලෝහ, ග්‍රැෆීන් ආදිය) අතර අතුරුමුහුණත මත ය. වටිනා ලෝහ සහ ග්‍රැෆීන් වැනි සන්නායකවල "නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන" විශාල සංඛ්‍යාවක් ඇත. මෙම නිදහස් ඉලෙක්ට්‍රෝන ප්ලාස්මා ලෙසද හැඳින්වේ. සන්නායකයේ ආවේණික විභව ක්ෂේත්‍රය නිසා, මෙම ප්ලාස්මා ස්ථාවර තත්වයක පවතින අතර බාහිර ලෝකයෙන් බාධා නොකෙරේ. සිදුවීම් විද්‍යුත් චුම්භක තරංග ශක්තිය මෙම ප්ලාස්මා සමඟ සම්බන්ධ වූ විට, ප්ලාස්මා ස්ථාවර තත්වයෙන් බැහැර වී කම්පනය වේ. පරිවර්තනයෙන් පසු, විද්‍යුත් චුම්භක මාදිලිය අතුරු මුහුණතෙහි තීර්යක් චුම්භක තරංගයක් සාදයි. ඩෲඩ් ආකෘතිය මගින් ලෝහ මතුපිට ප්ලාස්මාවේ විසරණ සම්බන්ධතාවයේ විස්තරයට අනුව, ලෝහවලට ස්වභාවිකවම 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 ලම්බක දිශාවට සන්නයනය කරන විට, සම ආචරණයක් ඇති වේ. පැහැදිලිවම, ඇන්ටෙනාවේ කුඩා ප්‍රමාණය නිසා, ඉහළ සංඛ්‍යාත කලාපයේ සම ආචරණයක් ඇති අතර, එමඟින් ඇන්ටෙනා ක්‍රියාකාරිත්වය තියුනු ලෙස පහත වැටෙන අතර ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනාවල අවශ්‍යතා සපුරාලිය නොහැක. ග්‍රැෆීන්හි මතුපිට ප්ලාස්මෝනයට ඉහළ බන්ධන බලයක් සහ අඩු අලාභයක් පමණක් නොව, අඛණ්ඩ විද්‍යුත් සුසර කිරීම සඳහා ද සහාය වේ. ඊට අමතරව, ග්‍රැෆීන් ටෙරාහර්ට්ස් කලාපයේ සංකීර්ණ සන්නායකතාවක් ඇත. එබැවින්, මන්දගාමී තරංග ප්‍රචාරණය ටෙරාහර්ට්ස් සංඛ්‍යාතවල ප්ලාස්මා මාදිලියට සම්බන්ධ වේ. මෙම ලක්ෂණ ටෙරාහර්ට්ස් කලාපයේ ලෝහ ද්‍රව්‍ය ප්‍රතිස්ථාපනය කිරීමට ග්‍රැෆීන්හි ශක්‍යතාව සම්පූර්ණයෙන්ම පෙන්නුම් කරයි.
ග්‍රැෆීන් මතුපිට ප්ලාස්මෝනවල ධ්‍රැවීකරණ හැසිරීම මත පදනම්ව, රූපය 12 නව ආකාරයේ තීරු ඇන්ටෙනාවක් පෙන්වන අතර, ග්‍රැෆීන් වල ප්ලාස්මා තරංගවල ප්‍රචාරණ ලක්ෂණවල කලාප හැඩය යෝජනා කරයි. සුසර කළ හැකි ඇන්ටෙනා කලාපයේ සැලසුම නව ද්‍රව්‍ය ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනාවල ප්‍රචාරණ ලක්ෂණ අධ්‍යයනය කිරීමට නව ක්‍රමයක් සපයයි.
රූපය 12 නව තීරු ඇන්ටෙනාව
ඒකක නව ද්‍රව්‍ය ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටෙනා මූලද්‍රව්‍ය ගවේෂණය කිරීමට අමතරව, ග්‍රැෆීන් නැනෝපැච් ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනා ටෙරාහර්ට්ස් බහු-ආදාන බහු-ප්‍රතිදාන ඇන්ටෙනා සන්නිවේදන පද්ධති ගොඩනැගීම සඳහා අරා ලෙසද නිර්මාණය කළ හැකිය. ඇන්ටෙනා ව්‍යුහය රූපය 13 හි දක්වා ඇත. ග්‍රැෆීන් නැනෝපැච් ඇන්ටනාවල අද්විතීය ගුණාංග මත පදනම්ව, ඇන්ටෙනා මූලද්‍රව්‍යවලට මයික්‍රෝන පරිමාණ මානයන් ඇත. රසායනික වාෂ්ප තැන්පත් වීම තුනී නිකල් තට්ටුවක් මත විවිධ ග්‍රැෆීන් රූප සෘජුවම සංස්ලේෂණය කර ඒවා ඕනෑම උපස්ථරයකට මාරු කරයි. සුදුසු සංරචක සංඛ්‍යාවක් තෝරා ගැනීමෙන් සහ විද්‍යුත් ස්ථිතික නැඹුරු වෝල්ටීයතාවය වෙනස් කිරීමෙන්, විකිරණ දිශාව ඵලදායී ලෙස වෙනස් කළ හැකි අතර, එමඟින් පද්ධතිය නැවත වින්‍යාසගත කළ හැකිය.
රූපය 13 ග්‍රැෆීන් නැනෝපැච් ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටෙනා අරාව
නව ද්‍රව්‍ය පිළිබඳ පර්යේෂණ සාපේක්ෂව නව දිශාවකි. ද්‍රව්‍ය නවෝත්පාදනය සාම්ප්‍රදායික ඇන්ටනා වල සීමාවන් බිඳ දමා නැවත වින්‍යාසගත කළ හැකි මෙටා ද්‍රව්‍ය, ද්විමාන (2D) ද්‍රව්‍ය වැනි විවිධ නව ඇන්ටනා සංවර්ධනය කරනු ඇතැයි අපේක්ෂා කෙරේ. කෙසේ වෙතත්, මෙම වර්ගයේ ඇන්ටනාව ප්‍රධාන වශයෙන් නව ද්‍රව්‍යවල නවෝත්පාදනය සහ ක්‍රියාවලි තාක්ෂණයේ දියුණුව මත රඳා පවතී. ඕනෑම අවස්ථාවක, ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනා සංවර්ධනය සඳහා ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනා වල ඉහළ ලාභය, 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 ඇන්ටෙනාවේ පිහිටීම සකස් කිරීම සඳහා යාන්ත්‍රික ක්‍රමයක් භාවිතා කරයි, එය දෝෂ වලට ගොදුරු වේ. ගැලපීම නිවැරදි නොවේ නම්, ඇන්ටෙනාවේ ක්‍රියාකාරිත්වය බෙහෙවින් අඩු වනු ඇත. ලෝහ ඇන්ටනාව ප්‍රමාණයෙන් කුඩා වුවද, තල පරිපථයක් සමඟ එකලස් කිරීම දුෂ්කර ය.
2. ද්වි විද ත් ඇන්ටනාව: පාර විද්‍යුත් ඇන්ටනාවට අඩු ආදාන සම්බාධනයක් ඇත, අඩු සම්බාධක අනාවරකයක් සමඟ ගැලපීමට පහසුය, සහ තල පරිපථයක් සමඟ සම්බන්ධ වීමට සාපේක්ෂව සරල ය. පාර විද්‍යුත් ඇන්ටනා වල ජ්‍යාමිතික හැඩතලවලට සමනල හැඩය, ද්විත්ව U හැඩය, සාම්ප්‍රදායික ලඝුගණක හැඩය සහ ලඝුගණක ආවර්තිතා සයින් හැඩය ඇතුළත් වේ. කෙසේ වෙතත්, පාර විද්‍යුත් ඇන්ටනාවලට මාරාන්තික දෝෂයක් ද ඇත, එනම් ඝන උපස්ථරය නිසා ඇතිවන මතුපිට තරංග ආචරණය. විසඳුම වන්නේ කාචයක් පැටවීම සහ පාර විද්‍යුත් උපස්ථරය EBG ව්‍යුහයකින් ප්‍රතිස්ථාපනය කිරීමයි. විසඳුම් දෙකටම නවෝත්පාදනය සහ ක්‍රියාවලි තාක්ෂණය සහ ද්‍රව්‍ය අඛණ්ඩව වැඩිදියුණු කිරීම අවශ්‍ය වේ, නමුත් ඒවායේ විශිෂ්ට ක්‍රියාකාරිත්වය (සර්ව දිශානුගතභාවය සහ මතුපිට තරංග මර්දනය වැනි) ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනා පර්යේෂණ සඳහා නව අදහස් සැපයිය හැකිය.
3. නව ද්‍රව්‍ය ඇන්ටනා: වර්තමානයේ, කාබන් නැනෝ ටියුබ් වලින් සාදන ලද නව ඩයිපෝල් ඇන්ටනා සහ මෙටා ද්‍රව්‍ය වලින් සාදන ලද නව ඇන්ටෙනා ව්‍යුහයන් දර්ශනය වී ඇත. නව ද්‍රව්‍යවලට නව කාර්ය සාධන ජයග්‍රහණ ගෙන ඒමට හැකි නමුත්, මූලික කරුණ වන්නේ ද්‍රව්‍ය විද්‍යාවේ නවෝත්පාදනයයි. වර්තමානයේ, නව ද්‍රව්‍ය ඇන්ටනා පිළිබඳ පර්යේෂණ තවමත් ගවේෂණාත්මක අවධියේ පවතින අතර, බොහෝ ප්‍රධාන තාක්ෂණයන් ප්‍රමාණවත් තරම් පරිණත වී නොමැත.
සාරාංශයක් ලෙස, සැලසුම් අවශ්‍යතා අනුව විවිධ වර්ගයේ ටෙරාහර්ට්ස් ඇන්ටනා තෝරා ගත හැකිය:
1) සරල නිර්මාණයක් සහ අඩු නිෂ්පාදන පිරිවැයක් අවශ්‍ය නම්, ලෝහ ඇන්ටනා තෝරා ගත හැකිය.
2) ඉහළ අනුකලනය සහ අඩු ආදාන සම්බාධනය අවශ්‍ය නම්, පාර විද්‍යුත් ඇන්ටනා තෝරා ගත හැකිය.
3) කාර්ය සාධනයේ ඉදිරි ගමනක් අවශ්‍ය නම්, නව ද්‍රව්‍ය ඇන්ටනා තෝරා ගත හැකිය.
ඉහත සැලසුම් නිශ්චිත අවශ්‍යතා අනුව සකස් කළ හැකිය. උදාහරණයක් ලෙස, ඇන්ටනා වර්ග දෙකක් ඒකාබද්ධ කිරීමෙන් වැඩි වාසි ලබා ගත හැකි නමුත්, එකලස් කිරීමේ ක්‍රමය සහ සැලසුම් තාක්ෂණය වඩාත් දැඩි අවශ්‍යතා සපුරාලිය යුතුය.
ඇන්ටනා පිළිබඳ වැඩිදුර දැන ගැනීමට කරුණාකර පිවිසෙන්න:
පළ කිරීමේ කාලය: අගෝස්තු-02-2024
