Бо афзоиши маъруфияти дастгоҳҳои бесим, хидматрасонии додаҳо ба давраи нави рушди босуръат ворид шудааст, ки онро инчунин рушди босуръати хидматрасонии додаҳо меноманд. Дар айни замон, шумораи зиёди барномаҳо тадриҷан аз компютерҳо ба дастгоҳҳои бесим, ба монанди телефонҳои мобилӣ, ки интиқол ва кор дар вақти воқеӣ осон аст, интиқол меёбанд, аммо ин вазъият инчунин боиси афзоиши босуръати трафики додаҳо ва норасоии захираҳои паҳнои банд шудааст. Тибқи омор, суръати додаҳо дар бозор метавонад дар 10-15 соли оянда ба Гбит/с ё ҳатто Тбит/с бирасад. Дар айни замон, алоқаи THz ба суръати додаҳо дар Гбит/с расидааст, дар ҳоле ки суръати додаҳо дар Тбит/с ҳанӯз дар марҳилаҳои аввали рушд қарор дорад. Дар як мақолаи марбут пешрафтҳои охирин дар суръати додаҳо дар Гбит/с дар асоси банди THz номбар шудаанд ва пешгӯӣ мешавад, ки Тбит/с-ро тавассути мултиплекскунии поляризатсия ба даст овардан мумкин аст. Аз ин рӯ, барои баланд бардоштани суръати интиқоли додаҳо, як роҳи ҳалли имконпазир таҳияи банди нави басомад аст, ки банди терагерц аст, ки дар "минтақаи холӣ" байни микроволновкаҳо ва нури инфрасурх ҷойгир аст. Дар Конфронси ҷаҳонии радиомуносибати байналмилалии алоқаи радиоӣ (WRC-19) дар соли 2019, диапазони басомади 275-450 ГГц барои хизматрасонии мобилии статсионарӣ ва заминӣ истифода шудааст. Мушоҳида мешавад, ки системаҳои алоқаи бесими терагерц таваҷҷӯҳи бисёре аз муҳаққиқонро ҷалб кардаанд.
Мавҷҳои электромагнитии терагерц одатан ҳамчун банди басомади 0.1-10THz (1THz=1012Hz) бо дарозии мавҷи 0.03-3 мм муайян карда мешаванд. Мувофиқи стандарти IEEE, мавҷҳои терагерц ҳамчун 0.3-10THz муайян карда мешаванд. Расми 1 нишон медиҳад, ки банди басомади терагерц байни микроволновкаҳо ва нури инфрасурх ҷойгир аст.
Расми 1. Диаграммаи схемавии банди басомади THz.
Таҳияи антеннаҳои терагерц
Гарчанде ки таҳқиқоти терагерц дар асри 19 оғоз шуда буд, он дар он замон ҳамчун як соҳаи мустақил омӯхта нашуда буд. Таҳқиқот дар бораи радиатсияи терагерц асосан ба банди дури инфрасурх нигаронида шуда буд. Танҳо дар нимаи асри 20 муҳаққиқон таҳқиқоти мавҷҳои миллиметриро ба банди терагерц пеш бурданд ва таҳқиқоти махсуси технологияи терагерцро анҷом доданд.
Дар солҳои 1980-ум, пайдоиши манбаъҳои радиатсияи терагерц истифодаи мавҷҳои терагерцро дар системаҳои амалӣ имконпазир гардонд. Аз асри 21 инҷониб, технологияи алоқаи бесим босуръат рушд кардааст ва талаботи одамон ба иттилоот ва афзоиши таҷҳизоти коммуникатсионӣ талаботи сахттарро барои суръати интиқоли маълумоти коммуникатсионӣ пешниҳод кардааст. Аз ин рӯ, яке аз мушкилоти технологияи ояндаи коммуникатсионӣ ин кор бо суръати баланди интиқоли маълумоти гигабит дар як сония дар як макон мебошад. Дар шароити рушди кунунии иқтисодӣ, захираҳои спектр торафт камёбтар шудаанд. Аммо, талаботи инсон ба иқтидор ва суръати коммуникатсионӣ беохир аст. Барои мушкилоти бандшавии спектр, бисёр ширкатҳо технологияи бисёрворидӣ-хуруҷи бисёр (MIMO)-ро барои беҳтар кардани самаранокии спектр ва иқтидори система тавассути мултиплекскунии фазоӣ истифода мебаранд. Бо пешрафти шабакаҳои 5G, суръати пайвастшавии маълумоти ҳар як корбар аз Gbps зиёд хоҳад шуд ва трафики маълумоти истгоҳҳои пойгоҳӣ низ ба таври назаррас афзоиш хоҳад ёфт. Барои системаҳои анъанавии коммуникатсионӣ мавҷҳои миллиметрӣ, пайвандҳои печи микроволновка наметавонанд ин ҷараёнҳои бузурги маълумотро идора кунанд. Илова бар ин, аз сабаби таъсири хатти биниш, масофаи интиқоли алоқаи инфрасурх кӯтоҳ аст ва макони таҷҳизоти алоқаи он собит аст. Аз ин рӯ, мавҷҳои THz, ки байни микроволновкаҳо ва инфрасурх ҷойгиранд, метавонанд барои сохтани системаҳои алоқаи баландсуръат ва баланд бардоштани суръати интиқоли маълумот тавассути истифодаи пайвандҳои THz истифода шаванд.
Мавҷҳои терагерц метавонанд паҳнои банди васеътари алоқаро таъмин кунанд ва диапазони басомади он тақрибан 1000 маротиба аз алоқаи мобилӣ зиёдтар аст. Аз ин рӯ, истифодаи THz барои сохтани системаҳои алоқаи бесими ултрабаландсуръат як роҳи ҳалли умедбахш барои мушкилоти суръати баланди додаҳо мебошад, ки таваҷҷӯҳи бисёр гурӯҳҳои тадқиқотӣ ва соҳаҳоро ба худ ҷалб кардааст. Дар моҳи сентябри соли 2017 аввалин стандарти алоқаи бесими THz IEEE 802.15.3d-2017 бароварда шуд, ки мубодилаи додаҳоро аз нуқта ба нуқта дар диапазони басомади пасти THz 252-325 ГГц муайян мекунад. Қабати алтернативии физикӣ (PHY)-и пайванд метавонад суръати додаҳоро то 100 Гбит/с дар паҳнои бандҳои гуногун ба даст орад.
Аввалин системаи муваффақи алоқаи THz бо басомади 0.12 THz соли 2004 таъсис дода шуд ва системаи алоқаи THz бо басомади 0.3 THz соли 2013 амалӣ карда шуд. Дар Ҷадвали 1 пешрафти таҳқиқоти системаҳои алоқаи терагерц дар Ҷопон аз соли 2004 то 2013 оварда шудааст.
Ҷадвали 1. Пешрафти таҳқиқот дар системаҳои алоқаи терагерц дар Ҷопон аз соли 2004 то 2013.
Сохтори антеннаи системаи алоқа, ки соли 2004 таҳия шудааст, аз ҷониби Ширкати телеграф ва телефони Nippon (NTT) дар соли 2005 муфассал тавсиф шудааст. Конфигуратсияи антенна дар ду ҳолат, тавре ки дар расми 2 нишон дода шудааст, муаррифӣ карда шуд.
Расми 2. Диаграммаи схемавии системаи алоқаи бесими NTT 120 ГГц-и Ҷопон
Система табдили фотоэлектрикӣ ва антеннаро муттаҳид мекунад ва ду режими кориро қабул мекунад:
1. Дар муҳити дарунии масофаҳои наздик, интиқолдиҳандаи антеннаи ҳамвор, ки дар дохили бино истифода мешавад, аз чипи фотодиоди интиқолдиҳандаи якхатта (UTC-PD), антеннаи слотии ҳамвор ва линзаи силикон иборат аст, ки дар расми 2(а) нишон дода шудааст.
2. Дар муҳити берунаи масофаи дур, барои беҳтар кардани таъсири талафоти зиёди интиқол ва ҳассосияти пасти детектор, антеннаи интиқолдиҳанда бояд фоидаи баланд дошта бошад. Антеннаи мавҷудаи терагерц аз линзаи оптикии Гаусс бо фоидаи беш аз 50 дБи истифода мебарад. Маҷмӯи шохи ғизодиҳӣ ва линзаҳои диэлектрикӣ дар расми 2(b) нишон дода шудааст.
Илова бар таҳияи системаи алоқаи 0.12 THz, NTT инчунин дар соли 2012 системаи алоқаи 0.3 THz-ро таҳия кард. Тавассути беҳсозии пайваста, суръати интиқол метавонад то 100 Гбит/с бошад. Тавре ки аз Ҷадвали 1 дида мешавад, он саҳми бузурге дар рушди алоқаи терагерц гузоштааст. Аммо, корҳои тадқиқотии ҷорӣ камбудиҳои басомади пасти корӣ, андозаи калон ва арзиши баландро доранд.
Аксари антеннаҳои терагерц, ки айни замон истифода мешаванд, аз антеннаҳои мавҷи миллиметрӣ тағйир дода шудаанд ва дар антеннаҳои терагерц навовариҳои кам мавҷуданд. Аз ин рӯ, барои беҳтар кардани кори системаҳои алоқаи терагерц, вазифаи муҳим беҳсозии антеннаҳои терагерц мебошад. Дар Ҷадвали 2 пешрафти тадқиқоти алоқаи THZ-и Олмон номбар шудааст. Дар расми 3 (а) системаи алоқаи бесими THZ, ки фотоника ва электроникаро муттаҳид мекунад, нишон дода шудааст. Дар расми 3 (б) саҳнаи озмоиши нақби бод нишон дода шудааст. Аз рӯи вазъияти кунунии тадқиқот дар Олмон, таҳқиқот ва таҳияи он инчунин камбудиҳо, аз қабили басомади пасти корӣ, арзиши баланд ва самаранокии паст дорад.
Ҷадвали 2. Пешрафти тадқиқоти коммуникатсияи THz дар Олмон.
Расми 3. Манзараи озмоиши нақби бодӣ
Маркази иттилоот ва коммуникатсияи иттилоотии CSIRO инчунин таҳқиқотро дар бораи системаҳои алоқаи бесими дохилии THz оғоз кардааст. Марказ робитаи байни сол ва басомади муоширатро, ки дар расми 4 нишон дода шудааст, омӯхтааст. Тавре ки аз расми 4 дида мешавад, то соли 2020 таҳқиқот дар бораи алоқаи бесим ба диапазони THz майл дорад. Басомади максималии муошират бо истифода аз спектри радио тақрибан даҳ маротиба дар ҳар бист сол меафзояд. Марказ тавсияҳо оид ба талабот ба антеннаҳои THz пешниҳод кардааст ва антеннаҳои анъанавӣ, ба монанди шохҳо ва линзаҳоро барои системаҳои алоқаи THz пешниҳод кардааст. Тавре ки дар расми 5 нишон дода шудааст, ду антеннаи шохдор мутаносибан бо 0.84THz ва 1.7THz кор мекунанд, ки сохтори оддӣ ва кори хуби шуои Гаусс доранд.
Расми 4 Робитаи байни сол ва басомад
RM-BDHA818-20A
RM-DCPHA105145-20
Расми 5 Ду намуди антеннаҳои шохдор
Иёлоти Муттаҳида таҳқиқоти васеъро дар бораи партоб ва ошкор кардани мавҷҳои терагерц анҷом додааст. Лабораторияҳои машҳури тадқиқотии терагерц иборатанд аз Лабораторияи ҳаракати реактивӣ (JPL), Маркази суръатбахшии хаттии Стэнфорд (SLAC), Лабораторияи миллии ИМА (LLNL), Маъмурияти миллии аэронавтика ва кайҳон (NASA), Бунёди миллии илм (NSF) ва ғайра. Антеннаҳои нави терагерц барои истифода дар соҳаи терагерц, ба монанди антеннаҳои бофташуда ва антеннаҳои идоракунии басомад, тарҳрезӣ шудаанд. Тибқи рушди антеннаҳои терагерц, мо метавонем се идеяи асосии тарроҳии антеннаҳои терагерцро дар айни замон ба даст орем, ки дар расми 6 нишон дода шудааст.
Расми 6 Се идеяи асосии тарроҳӣ барои антеннаҳои терагерц
Таҳлили дар боло овардашуда нишон медиҳад, ки гарчанде бисёр кишварҳо ба антеннаҳои терагерц таваҷҷӯҳи зиёд зоҳир кардаанд, он ҳанӯз дар марҳилаи ибтидоии омӯзиш ва таҳия қарор дорад. Аз сабаби талафоти баланди паҳншавӣ ва ҷабби молекулавӣ, антеннаҳои THz одатан аз ҷиҳати масофаи интиқол ва фарогирӣ маҳдуданд. Баъзе таҳқиқот ба басомадҳои пасти корӣ дар диапазони THz тамаркуз мекунанд. Тадқиқоти мавҷудаи антеннаҳои терагерц асосан ба беҳтар кардани фоида тавассути истифодаи антеннаҳои линзаҳои диэлектрикӣ ва ғайра ва беҳтар кардани самаранокии муошират тавассути истифодаи алгоритмҳои мувофиқ нигаронида шудаанд. Илова бар ин, чӣ гуна беҳтар кардани самаранокии бастабандии антеннаҳои терагерц низ масъалаи хеле муҳим аст.
Антеннаҳои умумии THz
Намудҳои зиёди антеннаҳои THZ мавҷуданд: антеннаҳои диполӣ бо ковокиҳои конусӣ, массивҳои инъикоскунандаи кунҷӣ, диполҳои галстукдор, антеннаҳои ҳамвори линзаҳои диэлектрикӣ, антеннаҳои фотогузаронанда барои тавлиди манбаъҳои радиатсияи манбаи THZ, антеннаҳои шохдор, антеннаҳои THZ дар асоси маводи графен ва ғайра. Мувофиқи маводҳое, ки барои сохтани антеннаҳои THZ истифода мешаванд, онҳоро тақрибан ба антеннаҳои металлӣ (асосан антеннаҳои шохдор), антеннаҳои диэлектрикӣ (антеннаҳои линза) ва антеннаҳои маводи нав тақсим кардан мумкин аст. Дар ин бахш аввал таҳлили пешакии ин антеннаҳо оварда шудааст ва сипас дар бахши оянда панҷ антеннаи маъмулии THZ муфассал муаррифӣ ва амиқ таҳлил карда мешаванд.
1. Антеннаҳои металлӣ
Антеннаи шохдор як антеннаи маъмулии металлӣ аст, ки барои кор дар диапазони THz тарҳрезӣ шудааст. Антеннаи қабулкунандаи мавҷи миллиметрии классикӣ шохи конусӣ аст. Антеннаҳои гофршуда ва дугона бартариҳои зиёд доранд, аз ҷумла намунаҳои радиатсияи симметрии гардиш, фоидаи баланди 20 то 30 дБи ва сатҳи пасти поляризатсияи салибӣ -30 дБ ва самаранокии пайвастшавӣ аз 97% то 98%. Паҳнои банди мавҷудаи ду антеннаи шохдор мутаносибан 30%-40% ва 6%-8% мебошанд.
Азбаски басомади мавҷҳои терагерц хеле баланд аст, андозаи антеннаи шохдор хеле хурд аст, ки коркарди шохдорро, махсусан дар тарҳрезии массивҳои антенна, хеле душвор мегардонад ва мураккабии технологияи коркард боиси хароҷоти аз ҳад зиёд ва маҳдуд будани истеҳсолот мегардад. Аз сабаби душвории истеҳсоли поёни тарҳи мураккаби шохдор, одатан антеннаи оддии шохдор дар шакли шохи конусӣ ё конусӣ истифода мешавад, ки метавонад хароҷот ва мураккабии равандро кам кунад ва кори радиатсионии антеннаро хуб нигоҳ доштан мумкин аст.
Антеннаи дигари металлӣ антеннаи пирамидаи мавҷи сайёр аст, ки аз антеннаи мавҷи сайёр иборат аст, ки дар плёнкаи диэлектрикии 1,2 микрон муттаҳид карда шудааст ва дар ковокии дарозрӯя, ки дар пластинаи силикон кандакорӣ шудааст, овезон карда шудааст, тавре ки дар расми 7 нишон дода шудааст. Ин антенна сохтори кушодаест, ки бо диодҳои Шоттки мувофиқ аст. Аз сабаби сохтори нисбатан содда ва талаботи пасти истеҳсолӣ, онро одатан дар бандҳои басомади болотар аз 0,6 ТГц истифода бурдан мумкин аст. Аммо, сатҳи паҳлӯӣ ва сатҳи салибполяризатсияи антенна баланд аст, эҳтимолан аз сабаби сохтори кушодаи он. Аз ин рӯ, самаранокии пайвастшавии он нисбатан паст аст (тақрибан 50%).
Расми 7 Антеннаи пирамидавии мавҷи сайёр
2. Антенаи диэлектрикӣ
Антеннаи диэлектрикӣ як омезиши субстрати диэлектрикӣ ва радиатори антенна мебошад. Тавассути тарҳрезии дуруст, антеннаи диэлектрикӣ метавонад ба мувофиқати импеданс бо детектор ноил гардад ва бартариҳои раванди содда, ҳамгироии осон ва арзиши пастро дорад. Дар солҳои охир, муҳаққиқон якчанд антеннаҳои паҳлӯии тангбаст ва паҳнои васеъро тарҳрезӣ кардаанд, ки метавонанд бо детекторҳои импеданси пасти антеннаҳои диэлектрикии терагерц мувофиқат кунанд: антеннаи шапалак, антеннаи дугонаи U-шакл, антеннаи даврии логарифмӣ ва антеннаи синусоидии даврии логарифмӣ, тавре ки дар расми 8 нишон дода шудааст. Илова бар ин, геометрияҳои мураккабтари антеннаро тавассути алгоритмҳои генетикӣ тарҳрезӣ кардан мумкин аст.
Расми 8 Чор намуди антеннаҳои ҳамвор
Аммо, азбаски антеннаи диэлектрикӣ бо субстрати диэлектрикӣ якҷоя карда шудааст, вақте ки басомад ба банди THz майл мекунад, таъсири мавҷи сатҳӣ ба вуҷуд меояд. Ин камбудии марговар боиси он мегардад, ки антенна ҳангоми кор энергияи зиёдеро аз даст диҳад ва боиси коҳиши назарраси самаранокии радиатсияи антенна гардад. Тавре ки дар расми 9 нишон дода шудааст, вақте ки кунҷи радиатсияи антенна аз кунҷи буриш зиёдтар аст, энергияи он дар субстрати диэлектрикӣ маҳдуд мешавад ва бо ҳолати субстрат пайваст мешавад.
Расми 9 Таъсири мавҷи сатҳи антенна
Бо афзоиши ғафсии субстрат, шумораи режимҳои тартиби баланд меафзояд ва пайвастшавӣ байни антенна ва субстрат меафзояд, ки боиси талафи энергия мегардад. Барои суст кардани таъсири мавҷи сатҳӣ, се схемаи оптимизатсия мавҷуданд:
1) Барои зиёд кардани шиддат бо истифода аз хусусиятҳои шуоъшакли мавҷҳои электромагнитӣ, линзаро ба антенна бор кунед.
2) Ғафсии субстратро кам кунед, то тавлиди режимҳои баланди мавҷҳои электромагнитиро пешгирӣ кунед.
3) Маводи диэлектрикии субстратро бо фосилаи банди электромагнитӣ (EBG) иваз кунед. Хусусиятҳои филтркунии фазоии EBG метавонанд режимҳои тартиби баландро пахш кунанд.
3. Антеннаҳои нави моддӣ
Илова бар ду антеннаи дар боло зикршуда, антеннаи терагерц, ки аз маводи нав сохта шудааст, низ мавҷуд аст. Масалан, дар соли 2006, Ҷин Хао ва ҳамкорон антеннаи диполи нанонайчаи карбонро пешниҳод карданд. Тавре ки дар расми 10 (а) нишон дода шудааст, дипол аз нанонайчаҳои карбон сохта шудааст, на аз маводи металлӣ. Ӯ хосиятҳои инфрасурх ва оптикии антеннаи диполи нанонайчаи карбонро бодиққат омӯхта, хусусиятҳои умумии антеннаи диполи нанонайчаи карбонии дарозии маҳдуд, аз қабили импеданси вурудӣ, тақсимоти ҷараён, афзоиш, самаранокӣ ва намунаи радиатсияро баррасӣ кард. Расми 10 (б) робитаи байни импеданси вурудӣ ва басомади антеннаи диполи нанонайчаи карбонро нишон медиҳад. Тавре ки дар расми 10 (б) дида мешавад, қисми тахайюлии импеданси вурудӣ дар басомадҳои баландтар сифрҳои сершумор дорад. Ин нишон медиҳад, ки антенна метавонад дар басомадҳои гуногун резонансҳои сершуморро ба даст орад. Аён аст, ки антеннаи нанонайчаи карбон дар доираи басомади муайян (басомадҳои пасттари THz) резонанс нишон медиҳад, аммо комилан наметавонад берун аз ин диапазон резонанс кунад.
Расми 10 (а) Антеннаи диполии нанонайчаи карбон. (б) Каҷхати импеданси вурудӣ-басомад
Дар соли 2012, Самир Ф. Маҳмуд ва Айед Р. Алаҷмӣ сохтори нави антеннаи терагерцро дар асоси нанонайчаҳои карбон пешниҳод карданд, ки аз як бастаи нанонайчаҳои карбон иборат аст, ки дар ду қабати диэлектрикӣ печонида шудаанд. Қабати диэлектрикии дохилӣ қабати кафки диэлектрикӣ ва қабати диэлектрикии берунӣ қабати метаматериалӣ мебошад. Сохтори мушаххас дар расми 11 нишон дода шудааст. Тавассути санҷиш, самаранокии радиатсионии антенна дар муқоиса бо нанонайчаҳои карбонии якдеворӣ беҳтар карда шуд.
Расми 11 Антеннаи нави терагерцӣ, ки дар асоси нанонайчаҳои карбон сохта шудааст
Антеннаҳои нави терагерцӣ, ки дар боло пешниҳод шудаанд, асосан сеченака мебошанд. Барои беҳтар кардани паҳнои банди антенна ва сохтани антеннаҳои конформалӣ, антеннаҳои графении ҳамвор таваҷҷӯҳи васеъро ба худ ҷалб кардаанд. Графен дорои хусусиятҳои аълои идоракунии динамикии пайваста мебошад ва метавонад плазмаи сатҳро бо танзими шиддати таассуб тавлид кунад. Плазмаи сатҳӣ дар сатҳи байни субстратҳои доимии диэлектрикии мусбат (масалан, Si, SiO2 ва ғайра) ва субстратҳои доимии диэлектрикии манфӣ (масалан, металлҳои қиматбаҳо, графен ва ғайра) мавҷуд аст. Дар ноқилҳо, ба монанди металлҳои қиматбаҳо ва графен, шумораи зиёди "электронҳои озод" мавҷуданд. Ин электронҳои озодро инчунин плазма меноманд. Аз сабаби майдони потенсиалии дохилӣ дар ноқил, ин плазмаҳо дар ҳолати устувор қарор доранд ва аз ҷониби ҷаҳони беруна халалдор намешаванд. Вақте ки энергияи мавҷи электромагнитии афтида ба ин плазмаҳо пайваст мешавад, плазмаҳо аз ҳолати устувор дур мешаванд ва ларзиш мекунанд. Пас аз табдилдиҳӣ, ҳолати электромагнитӣ дар сатҳи сатҳ мавҷи магнитии кундалангро ташкил медиҳад. Мувофиқи тавсифи муносибати парокандагии плазмаи сатҳи металлӣ аз ҷониби модели Дрюд, металлҳо наметавонанд табиатан бо мавҷҳои электромагнитӣ дар фазои озод пайваст шаванд ва энергияро табдил диҳанд. Барои ангехтани мавҷҳои плазмаи сатҳӣ истифодаи дигар маводҳо зарур аст. Мавҷҳои плазмаи сатҳӣ дар самти мувозии сатҳи металл-субстрат зуд пажмурда мешаванд. Вақте ки ноқили металлӣ дар самти амудӣ ба сатҳ мегузаронад, таъсири пӯст ба амал меояд. Албатта, аз сабаби андозаи хурди антенна, дар банди басомади баланд таъсири пӯст ба амал меояд, ки боиси коҳиши якбораи кори антенна мегардад ва наметавонад ба талаботи антеннаҳои терагерц ҷавобгӯ бошад. Плазмони сатҳии графен на танҳо қувваи пайвастшавии баландтар ва талафоти камтар дорад, балки танзими пайвастаи электрикиро низ дастгирӣ мекунад. Илова бар ин, графен дар банди терагерц гузаронандагии мураккаб дорад. Аз ин рӯ, паҳншавии сусти мавҷ бо ҳолати плазма дар басомадҳои терагерц алоқаманд аст. Ин хусусиятҳо имконияти иваз кардани маводҳои металлӣ дар банди терагерцро пурра нишон медиҳанд.
Бар асоси рафтори поляризатсияи плазмонҳои сатҳи графен, Расми 12 намуди нави антеннаи тасмаро нишон медиҳад ва шакли банди хусусиятҳои паҳншавии мавҷҳои плазмавӣ дар графенро пешниҳод мекунад. Тарроҳии банди антеннаи танзимшаванда роҳи нави омӯзиши хусусиятҳои паҳншавии антеннаҳои нави терагерцро фароҳам меорад.
Расми 12 Антеннаи нави тасмаӣ
Илова бар омӯхтани унсурҳои антеннаи терагерц бо маводи нав, антеннаҳои нанопатчи графенӣ инчунин метавонанд ҳамчун массивҳо барои сохтани системаҳои алоқаи антеннаи бисёрвуруди бисёрвуруди терагерц тарҳрезӣ карда шаванд. Сохтори антенна дар расми 13 нишон дода шудааст. Бар асоси хосиятҳои беназири антеннаҳои нанопатчи графенӣ, унсурҳои антенна андозаҳои миқёси микрон доранд. Ҷойгиркунии буғи кимиёвӣ мустақиман тасвирҳои гуногуни графенро дар қабати тунуки никел синтез мекунад ва онҳоро ба ҳама гуна субстрат интиқол медиҳад. Бо интихоби шумораи мувофиқи ҷузъҳо ва тағир додани шиддати электростатикӣ, самти радиатсияро метавон самаранок тағйир дод ва системаро аз нав танзим кардан мумкин аст.
Расми 13 Массиви антеннаи нанопатчи терагерц бо графен
Таҳқиқоти маводҳои нав як самти нисбатан нав аст. Интизор меравад, ки навовариҳои маводҳо маҳдудиятҳои антеннаҳои анъанавиро аз байн баранд ва як қатор антеннаҳои нав, аз қабили метамаводҳои аз нав танзимшаванда, маводҳои дученака (2D) ва ғайраро таҳия кунанд. Аммо, ин намуди антенна асосан аз навовариҳои маводҳои нав ва пешрафти технологияи раванд вобаста аст. Дар ҳар сурат, таҳияи антеннаҳои терагерц барои қонеъ кардани талаботи баландсифат, арзон ва паҳнои банд барои антеннаҳои терагерц маводҳои инноватсионӣ, технологияи дақиқи коркард ва сохторҳои нави тарроҳиро талаб мекунад.
Дар зер принсипҳои асосии се намуди антеннаҳои терагерц: антеннаҳои металлӣ, антеннаҳои диэлектрикӣ ва антеннаҳои маводи нав муаррифӣ карда мешаванд ва фарқиятҳо, бартариҳо ва нуқсонҳои онҳо таҳлил карда мешаванд.
1. Антеннаи металлӣ: Геометрия содда, коркардаш осон, арзиши нисбатан паст ва талаботи кам ба маводҳои таҳкурсӣ мебошад. Аммо, антеннаҳои металлӣ барои танзими мавқеи антенна аз усули механикӣ истифода мебаранд, ки ба хатогиҳо дучор мешавад. Агар танзим дуруст набошад, кори антенна хеле коҳиш меёбад. Гарчанде ки антеннаи металлӣ андозаи хурд дорад, васл кардани он бо схемаи ҳамвор душвор аст.
2. Антеннаи диэлектрикӣ: Антеннаи диэлектрикӣ импеданси вурудии паст дорад, бо детектори импеданси паст мувофиқ кардан осон аст ва пайваст кардан бо схемаи ҳамвор нисбатан осон аст. Шаклҳои геометрии антеннаҳои диэлектрикӣ шакли шапаракшакл, шакли дукаратаи U, шакли анъанавии логарифмӣ ва шакли синуси даврии логарифмӣ мебошанд. Аммо, антеннаҳои диэлектрикӣ инчунин як камбудии марговар доранд, яъне таъсири мавҷи сатҳӣ, ки аз ҷониби субстрати ғафс ба вуҷуд меояд. Ҳалли масъала ин бор кардани линза ва иваз кардани субстрати диэлектрикӣ бо сохтори EBG мебошад. Ҳарду ҳалли масъала навоварӣ ва такмили пайвастаи технология ва маводҳоро талаб мекунанд, аммо кори аълои онҳо (ба монанди самти ҳамаҷониба ва пахш кардани мавҷи сатҳӣ) метавонад ғояҳои навро барои таҳқиқоти антеннаҳои терагерц пешниҳод кунад.
3. Антеннаҳои нави маводӣ: Дар айни замон, антеннаҳои диполии нав, ки аз нанонайчаҳои карбонӣ сохта шудаанд ва сохторҳои нави антенна, ки аз метамаводҳо сохта шудаанд, пайдо шудаанд. Маводҳои нав метавонанд пешрафтҳои нави сифатӣ ба бор оранд, аммо асоси асосӣ навовариҳои илми маводӣ мебошад. Дар айни замон, таҳқиқот дар бораи антеннаҳои нави маводӣ ҳанӯз дар марҳилаи таҳқиқотӣ қарор доранд ва бисёре аз технологияҳои калидӣ ба қадри кофӣ пухта нашудаанд.
Хулоса, намудҳои гуногуни антеннаҳои терагерцро мувофиқи талаботи тарроҳӣ интихоб кардан мумкин аст:
1) Агар тарҳи оддӣ ва арзиши пасти истеҳсолӣ талаб карда шавад, антеннаҳои металлӣ метавонанд интихоб карда шаванд.
2) Агар интегратсияи баланд ва импеданси вурудии паст лозим бошад, антеннаҳои диэлектрикиро интихоб кардан мумкин аст.
3) Агар дар иҷрои кор пешрафт лозим бошад, антеннаҳои нави моддӣ интихоб карда мешаванд.
Тарҳҳои дар боло зикршударо инчунин мувофиқи талаботи мушаххас танзим кардан мумкин аст. Масалан, ду намуди антеннаро метавон барои ба даст овардани бартариҳои бештар якҷоя кард, аммо усули васлкунӣ ва технологияи тарроҳӣ бояд ба талаботи қатъӣтар ҷавобгӯ бошанд.
Барои гирифтани маълумоти бештар дар бораи антеннаҳо, лутфан ба ин ҷо муроҷиат кунед:
Вақти нашр: 02 августи соли 2024
