Kwa kuongezeka kwa umaarufu wa vifaa visivyotumia waya, huduma za data zimeingia katika kipindi kipya cha maendeleo ya haraka, pia kinachojulikana kama ukuaji mkubwa wa huduma za data. Kwa sasa, idadi kubwa ya programu zinahama polepole kutoka kwa kompyuta hadi vifaa visivyotumia waya kama vile simu za mkononi ambazo ni rahisi kubeba na kufanya kazi kwa wakati halisi, lakini hali hii pia imesababisha ongezeko la kasi la trafiki ya data na uhaba wa rasilimali za kipimo data. Kulingana na takwimu, kiwango cha data sokoni kinaweza kufikia Gbps au hata Tbps katika miaka 10 hadi 15 ijayo. Kwa sasa, mawasiliano ya THz yamefikia kiwango cha data cha Gbps, huku kiwango cha data cha Tbps bado kiko katika hatua za mwanzo za maendeleo. Karatasi inayohusiana inaorodhesha maendeleo ya hivi karibuni katika viwango vya data vya Gbps kulingana na bendi ya THz na inatabiri kwamba Tbps zinaweza kupatikana kupitia ugawaji wa polarization. Kwa hivyo, ili kuongeza kiwango cha upitishaji data, suluhisho linalowezekana ni kutengeneza bendi mpya ya masafa, ambayo ni bendi ya terahertz, ambayo iko katika "eneo tupu" kati ya microwave na mwanga wa infrared. Katika Mkutano wa Mawasiliano ya Redio Duniani wa ITU (WRC-19) mnamo 2019, masafa ya 275-450GHz yametumika kwa huduma za simu za kudumu na za nchi kavu. Inaweza kuonekana kuwa mifumo ya mawasiliano ya wireless ya terahertz imevutia watafiti wengi.
Mawimbi ya sumakuumeme ya Terahertz kwa ujumla hufafanuliwa kama bendi ya masafa ya 0.1-10THz (1THz=1012Hz) yenye urefu wa wimbi wa milimita 0.03-3. Kulingana na kiwango cha IEEE, mawimbi ya terahertz hufafanuliwa kama 0.3-10THz. Mchoro 1 unaonyesha kuwa bendi ya masafa ya terahertz iko kati ya maikrowevi na mwanga wa infrared.
Mchoro 1 Mchoro wa kimfumo wa bendi ya masafa ya THz.
Ukuzaji wa Antena za Terahertz
Ingawa utafiti wa terahertz ulianza katika karne ya 19, haukusomwa kama uwanja huru wakati huo. Utafiti kuhusu mionzi ya terahertz ulilenga zaidi bendi ya infrared ya mbali. Haikuwa hadi katikati hadi mwishoni mwa karne ya 20 ambapo watafiti walianza kuendeleza utafiti wa mawimbi ya milimita kwenye bendi ya terahertz na kufanya utafiti maalum wa teknolojia ya terahertz.
Katika miaka ya 1980, kuibuka kwa vyanzo vya mionzi ya terahertz kulifanya matumizi ya mawimbi ya terahertz katika mifumo ya vitendo yawezekane. Tangu karne ya 21, teknolojia ya mawasiliano isiyotumia waya imekua kwa kasi, na mahitaji ya watu ya habari na ongezeko la vifaa vya mawasiliano yameweka mahitaji magumu zaidi kwenye kiwango cha upitishaji wa data ya mawasiliano. Kwa hivyo, moja ya changamoto za teknolojia ya mawasiliano ya siku zijazo ni kufanya kazi kwa kiwango cha juu cha data cha gigabiti kwa sekunde katika eneo moja. Chini ya maendeleo ya sasa ya kiuchumi, rasilimali za spektra zimezidi kuwa chache. Hata hivyo, mahitaji ya binadamu ya uwezo na kasi ya mawasiliano hayana mwisho. Kwa tatizo la msongamano wa spektra, makampuni mengi hutumia teknolojia ya pembejeo nyingi-za-matokeo mengi (MIMO) ili kuboresha ufanisi wa spektra na uwezo wa mfumo kupitia uongezaji wa nafasi. Kwa maendeleo ya mitandao ya 5G, kasi ya muunganisho wa data ya kila mtumiaji itazidi Gbps, na trafiki ya data ya vituo vya msingi pia itaongezeka sana. Kwa mifumo ya mawasiliano ya mawimbi ya milimita ya jadi, viungo vya microwave havitaweza kushughulikia mitiririko hii mikubwa ya data. Kwa kuongezea, kutokana na ushawishi wa mstari wa kuona, umbali wa upitishaji wa mawasiliano ya infrared ni mfupi na eneo la vifaa vyake vya mawasiliano ni thabiti. Kwa hivyo, mawimbi ya THz, ambayo ni kati ya microwave na infrared, yanaweza kutumika kujenga mifumo ya mawasiliano ya kasi ya juu na kuongeza viwango vya upitishaji wa data kwa kutumia viungo vya THz.
Mawimbi ya Terahertz yanaweza kutoa kipimo data pana zaidi cha mawasiliano, na masafa yake ni takriban mara 1000 ya mawasiliano ya simu. Kwa hivyo, kutumia THz kujenga mifumo ya mawasiliano ya wireless ya kasi ya juu ni suluhisho la kuahidi kwa changamoto ya viwango vya juu vya data, ambayo imevutia shauku ya timu nyingi za utafiti na viwanda. Mnamo Septemba 2017, kiwango cha kwanza cha mawasiliano ya wireless cha THz IEEE 802.15.3d-2017 kilitolewa, ambacho kinafafanua ubadilishanaji wa data wa nukta moja hadi nyingine katika masafa ya chini ya THz ya 252-325 GHz. Safu mbadala ya kimwili (PHY) ya kiungo inaweza kufikia viwango vya data vya hadi 100 Gbps katika kipimo data tofauti.
Mfumo wa kwanza wa mawasiliano wa THz uliofanikiwa wa 0.12 THz ulianzishwa mwaka wa 2004, na mfumo wa mawasiliano wa THz wa 0.3 THz uligunduliwa mwaka wa 2013. Jedwali la 1 linaorodhesha maendeleo ya utafiti wa mifumo ya mawasiliano ya terahertz nchini Japani kuanzia 2004 hadi 2013.
Jedwali 1 Maendeleo ya utafiti wa mifumo ya mawasiliano ya terahertz nchini Japani kuanzia 2004 hadi 2013
Muundo wa antena wa mfumo wa mawasiliano uliotengenezwa mwaka wa 2004 ulielezewa kwa undani na Nippon Telegraph and Telephone Corporation (NTT) mwaka wa 2005. Usanidi wa antena ulianzishwa katika visa viwili, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2.
Mchoro wa 2 Mchoro wa kimkakati wa mfumo wa mawasiliano usiotumia waya wa NTT 120 GHz wa Japani
Mfumo huu unajumuisha ubadilishaji wa picha na antena na hutumia njia mbili za kufanya kazi:
1. Katika mazingira ya ndani ya karibu, kisambaza antena ya planar kinachotumika ndani ya nyumba kina chipu ya photodiode ya mstari mmoja (UTC-PD), antena ya nafasi ya planar na lenzi ya silikoni, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 2(a).
2. Katika mazingira ya nje ya masafa marefu, ili kuboresha ushawishi wa upotevu mkubwa wa upitishaji na unyeti mdogo wa kigunduzi, antena ya kipitishaji lazima iwe na ongezeko kubwa. Antena iliyopo ya terahertz hutumia lenzi ya macho ya Gaussian yenye ongezeko la zaidi ya 50 dBi. Mchanganyiko wa pembe ya kulisha na lenzi ya dielectric umeonyeshwa kwenye Mchoro 2(b).
Mbali na kutengeneza mfumo wa mawasiliano wa 0.12 THz, NTT pia ilitengeneza mfumo wa mawasiliano wa 0.3THz mwaka wa 2012. Kupitia uboreshaji endelevu, kiwango cha upitishaji kinaweza kufikia 100Gbps. Kama inavyoonekana kutoka Jedwali la 1, imetoa mchango mkubwa katika maendeleo ya mawasiliano ya terahertz. Hata hivyo, utafiti wa sasa una hasara za masafa ya chini ya uendeshaji, ukubwa mkubwa na gharama kubwa.
Antena nyingi za terahertz zinazotumika sasa zimebadilishwa kutoka kwa antena za wimbi la milimita, na kuna uvumbuzi mdogo katika antena za terahertz. Kwa hivyo, ili kuboresha utendaji wa mifumo ya mawasiliano ya terahertz, kazi muhimu ni kuboresha antena za terahertz. Jedwali la 2 linaorodhesha maendeleo ya utafiti wa mawasiliano ya Ujerumani THz. Mchoro 3 (a) unaonyesha mfumo mwakilishi wa mawasiliano ya wireless ya THz unaochanganya fotoniki na vifaa vya elektroniki. Mchoro 3 (b) unaonyesha eneo la majaribio ya handaki ya upepo. Kwa kuzingatia hali ya sasa ya utafiti nchini Ujerumani, utafiti na maendeleo yake pia yana hasara kama vile masafa ya chini ya uendeshaji, gharama kubwa na ufanisi mdogo.
Jedwali 2 Maendeleo ya utafiti wa mawasiliano ya THz nchini Ujerumani
Mchoro 3 Eneo la majaribio ya handaki la upepo
Kituo cha TEHAMA cha CSIRO pia kimeanzisha utafiti kuhusu mifumo ya mawasiliano ya ndani isiyotumia waya ya THz. Kituo hicho kilisoma uhusiano kati ya mwaka na masafa ya mawasiliano, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 4. Kama inavyoonekana kutoka kwenye Mchoro 4, kufikia 2020, utafiti kuhusu mawasiliano yasiyotumia waya huelekea kwenye bendi ya THz. Masafa ya juu zaidi ya mawasiliano kwa kutumia wigo wa redio huongezeka takriban mara kumi kila baada ya miaka ishirini. Kituo hicho kimetoa mapendekezo kuhusu mahitaji ya antena za THz na kupendekeza antena za kitamaduni kama vile pembe na lenzi kwa mifumo ya mawasiliano ya THz. Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 5, antena mbili za pembe hufanya kazi kwa 0.84THz na 1.7THz mtawalia, zikiwa na muundo rahisi na utendaji mzuri wa boriti ya Gaussian.
Mchoro 4 Uhusiano kati ya mwaka na marudio
RM-BDHA818-20A
RM-DCPHA105145-20
Mchoro 5 Aina mbili za antena za pembe
Marekani imefanya utafiti wa kina kuhusu utoaji na ugunduzi wa mawimbi ya terahertz. Maabara maarufu za utafiti wa terahertz ni pamoja na Maabara ya Jet Propulsion (JPL), Kituo cha Kuongeza Kasi cha Stanford Linear (SLAC), Maabara ya Kitaifa ya Marekani (LLNL), Utawala wa Kitaifa wa Anga na Anga za Juu (NASA), Wakfu wa Kitaifa wa Sayansi (NSF), n.k. Antena mpya za terahertz kwa matumizi ya terahertz zimebuniwa, kama vile antena za bowtie na antena za usukani wa boriti ya masafa. Kulingana na maendeleo ya antena za terahertz, tunaweza kupata mawazo matatu ya msingi ya muundo wa antena za terahertz kwa sasa, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 6.
Mchoro 6 Mawazo matatu ya msingi ya usanifu wa antena za terahertz
Uchambuzi hapo juu unaonyesha kwamba ingawa nchi nyingi zimezingatia sana antena za terahertz, bado ziko katika hatua ya awali ya uchunguzi na maendeleo. Kutokana na upotevu mkubwa wa uenezaji na unyonyaji wa molekuli, antena za THz kwa kawaida hupunguzwa na umbali wa upitishaji na ufikiaji. Baadhi ya tafiti zinazingatia masafa ya chini ya uendeshaji katika bendi ya THz. Utafiti uliopo wa antena za terahertz unazingatia zaidi kuboresha faida kwa kutumia antena za lenzi za dielektri, n.k., na kuboresha ufanisi wa mawasiliano kwa kutumia algoriti zinazofaa. Kwa kuongezea, jinsi ya kuboresha ufanisi wa ufungashaji wa antena za terahertz pia ni suala la dharura sana.
Antena za THz za jumla
Kuna aina nyingi za antena za THz zinazopatikana: antena za dipole zenye mashimo ya koni, safu za kuakisi kona, dipole za bowtie, antena za lenzi za dielectric planar, antena za upitishaji mwanga kwa ajili ya kutoa vyanzo vya mionzi ya chanzo cha THz, antena za pembe, antena za THz kulingana na nyenzo za graphene, n.k. Kulingana na nyenzo zinazotumika kutengeneza antena za THz, zinaweza kugawanywa kwa takriban katika antena za chuma (hasa antena za pembe), antena za dielectric (antena za lenzi), na antena mpya za nyenzo. Sehemu hii kwanza inatoa uchambuzi wa awali wa antena hizi, na kisha katika sehemu inayofuata, antena tano za kawaida za THz zinaletwa kwa undani na kuchanganuliwa kwa kina.
1. Antena za chuma
Antena ya pembe ni antena ya kawaida ya chuma ambayo imeundwa kufanya kazi katika bendi ya THz. Antena ya kipokezi cha wimbi cha milimita ya kawaida ni pembe yenye umbo la koni. Antena za bati na za aina mbili zina faida nyingi, ikiwa ni pamoja na mifumo ya mionzi inayozunguka, ongezeko kubwa la 20 hadi 30 dB na kiwango cha chini cha upolarishaji mtambuka cha -30 dB, na ufanisi wa kuunganisha wa 97% hadi 98%. Vipimo vya upana vinavyopatikana vya antena mbili za pembe ni 30%-40% na 6%-8%, mtawalia.
Kwa kuwa masafa ya mawimbi ya terahertz ni ya juu sana, ukubwa wa antena ya pembe ni mdogo sana, jambo ambalo hufanya usindikaji wa pembe kuwa mgumu sana, haswa katika muundo wa safu za antena, na ugumu wa teknolojia ya usindikaji husababisha gharama kubwa na uzalishaji mdogo. Kwa sababu ya ugumu wa kutengeneza sehemu ya chini ya muundo tata wa pembe, antena rahisi ya pembe katika umbo la pembe yenye umbo la koni au koni kwa kawaida hutumiwa, ambayo inaweza kupunguza ugumu wa gharama na mchakato, na utendaji wa mionzi ya antena unaweza kudumishwa vizuri.
Antena nyingine ya chuma ni antena ya piramidi ya mawimbi yanayosafiri, ambayo ina antena ya mawimbi yanayosafiri iliyounganishwa kwenye filamu ya dielektriki ya mikroni 1.2 na kusimamishwa kwenye uwazi mrefu uliochongwa kwenye wafer ya silikoni, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 7. Antena hii ni muundo wazi unaoendana na diode za Schottky. Kutokana na muundo wake rahisi na mahitaji ya chini ya utengenezaji, kwa ujumla inaweza kutumika katika bendi za masafa zaidi ya 0.6 THz. Hata hivyo, kiwango cha sidelobe na kiwango cha polarizing cha antena ni cha juu, labda kutokana na muundo wake wazi. Kwa hivyo, ufanisi wake wa kuunganisha ni mdogo (karibu 50%).
Mchoro 7 Antena ya piramidi ya wimbi linalosafiri
2. Antena ya dielektri
Antena ya dielectric ni mchanganyiko wa substrate ya dielectric na radiator ya antena. Kupitia muundo sahihi, antena ya dielectric inaweza kufikia ulinganisho wa impedansi na kigunduzi, na ina faida za mchakato rahisi, ujumuishaji rahisi, na gharama ya chini. Katika miaka ya hivi karibuni, watafiti wamebuni antena kadhaa nyembamba na za broadband za pembeni ambazo zinaweza kufanana na vigunduzi vya impedansi ya chini vya antena za dielectric za terahertz: antena ya kipepeo, antena mbili zenye umbo la U, antena ya log-periodic, na antena ya log-periodic sinusoidal, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 8. Kwa kuongezea, jiometria za antena ngumu zaidi zinaweza kubuniwa kupitia algoriti za kijenetiki.
Mchoro 8 Aina nne za antena za sayari
Hata hivyo, kwa kuwa antena ya dielektriki imeunganishwa na substrate ya dielektriki, athari ya wimbi la uso itatokea wakati masafa yanaelekea kwenye bendi ya THz. Ubaya huu mbaya utasababisha antena kupoteza nishati nyingi wakati wa operesheni na kusababisha kupungua kwa kiasi kikubwa kwa ufanisi wa mionzi ya antena. Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 9, wakati pembe ya mionzi ya antena ni kubwa kuliko pembe ya kukata, nishati yake huwekwa kwenye substrate ya dielektriki na kuunganishwa na hali ya substrate.
Mchoro 9 Athari ya wimbi la uso wa antena
Kadri unene wa sehemu ya chini unavyoongezeka, idadi ya hali za mpangilio wa juu huongezeka, na muunganisho kati ya antena na sehemu ya chini huongezeka, na kusababisha upotevu wa nishati. Ili kudhoofisha athari ya wimbi la uso, kuna mipango mitatu ya uboreshaji:
1) Pakia lenzi kwenye antena ili kuongeza ongezeko kwa kutumia sifa za kutengeneza miale ya mawimbi ya sumakuumeme.
2) Punguza unene wa sehemu ya chini ili kukandamiza uzalishaji wa aina za mawimbi ya sumakuumeme zenye mpangilio wa hali ya juu.
3) Badilisha nyenzo ya dielektriki ya substrate na pengo la bendi ya sumakuumeme (EBG). Sifa za kuchuja anga za EBG zinaweza kukandamiza hali za mpangilio wa hali ya juu.
3. Antena mpya za nyenzo
Mbali na antena mbili zilizo hapo juu, pia kuna antena ya terahertz iliyotengenezwa kwa nyenzo mpya. Kwa mfano, mnamo 2006, Jin Hao na wenzake walipendekeza antena ya dipoli ya kaboni nanotube. Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 10 (a), dipoli imetengenezwa kwa mirija ya kaboni nanotube badala ya vifaa vya chuma. Alisoma kwa uangalifu sifa za infrared na optical za antena ya dipoli ya kaboni nanotube na kujadili sifa za jumla za antena ya dipoli ya kaboni nanotube yenye urefu mdogo, kama vile impedance ya ingizo, usambazaji wa sasa, faida, ufanisi na muundo wa mionzi. Mchoro 10 (b) unaonyesha uhusiano kati ya impedance ya ingizo na masafa ya antena ya dipoli ya kaboni nanotube. Kama inavyoonekana kwenye Mchoro 10(b), sehemu ya kufikirika ya impedance ya ingizo ina sifuri nyingi katika masafa ya juu. Hii inaonyesha kwamba antena inaweza kufikia miale mingi katika masafa tofauti. Ni wazi, antena ya kaboni nanotube inaonyesha mwale ndani ya masafa fulani (masafa ya chini ya THz), lakini haiwezi kabisa kutoa mwale nje ya masafa haya.
Mchoro 10 (a) Antena ya dipoli ya kaboni nanotube. (b) Mkunjo wa masafa ya impedansi ya kuingiza
Mnamo mwaka wa 2012, Samir F. Mahmoud na Ayed R. AlAjmi walipendekeza muundo mpya wa antena ya terahertz kulingana na mirija midogo ya kaboni, ambayo ina rundo la mirija midogo ya kaboni iliyofungwa katika tabaka mbili za dielektri. Safu ya ndani ya dielektri ni safu ya povu ya dielektri, na safu ya nje ya dielektri ni safu ya metamaterial. Muundo maalum unaonyeshwa kwenye Mchoro 11. Kupitia majaribio, utendaji wa mionzi ya antena umeboreshwa ikilinganishwa na mirija midogo ya kaboni yenye ukuta mmoja.
Mchoro 11 Antena mpya ya terahertz kulingana na mirija ya nano ya kaboni
Antena mpya za terahertz zilizopendekezwa hapo juu zina pande tatu. Ili kuboresha kipimo data cha antena na kutengeneza antena zenye umbo la conformal, antena za graphene za planar zimepokea umakini mkubwa. Graphene ina sifa bora za udhibiti endelevu wa nguvu na inaweza kutoa plasma ya uso kwa kurekebisha voltage ya upendeleo. Plasma ya uso ipo kwenye kiolesura kati ya substrates chanya za dielectric constant (kama vile Si, SiO2, nk) na substrates hasi za dielectric constant (kama vile metali za thamani, graphene, nk). Kuna idadi kubwa ya "elektroni huru" katika kondakta kama vile metali za thamani na graphene. Elektroni hizi huru pia huitwa plasma. Kwa sababu ya uwanja wa uwezo wa asili katika kondakta, plasma hizi ziko katika hali thabiti na hazisumbuliwi na ulimwengu wa nje. Wakati nishati ya wimbi la sumakuumeme la tukio linapounganishwa na plasma hizi, plasma zitapotoka kutoka hali thabiti na kutetemeka. Baada ya ubadilishaji, hali ya sumakuumeme huunda wimbi la sumakuumeme linalovuka kwenye kiolesura. Kulingana na maelezo ya uhusiano wa utawanyiko wa plasma ya uso wa chuma na modeli ya Drude, metali haziwezi kuungana na mawimbi ya sumakuumeme katika nafasi huru na kubadilisha nishati. Ni muhimu kutumia vifaa vingine ili kusisimua mawimbi ya plasma ya uso. Mawimbi ya plasma ya uso huoza haraka katika mwelekeo sambamba wa kiolesura cha chuma-substrate. Wakati kondakta wa chuma anapoelekeza mwelekeo ulio sawa na uso, athari ya ngozi hutokea. Ni wazi kwamba, kutokana na ukubwa mdogo wa antena, kuna athari ya ngozi katika bendi ya masafa ya juu, ambayo husababisha utendaji wa antena kushuka kwa kasi na haiwezi kukidhi mahitaji ya antena za terahertz. Plasmoni ya uso ya graphene sio tu kwamba ina nguvu ya juu ya kufungamana na hasara ya chini, lakini pia inasaidia urekebishaji endelevu wa umeme. Kwa kuongezea, graphene ina upitishaji tata katika bendi ya terahertz. Kwa hivyo, uenezaji wa mawimbi ya polepole unahusiana na hali ya plasma katika masafa ya terahertz. Sifa hizi zinaonyesha kikamilifu uwezekano wa graphene kuchukua nafasi ya vifaa vya chuma katika bendi ya terahertz.
Kulingana na tabia ya upolarishaji wa plasmoni za uso wa graphene, Mchoro 12 unaonyesha aina mpya ya antena ya mstari, na inapendekeza umbo la bendi ya sifa za uenezaji wa mawimbi ya plasma katika graphene. Ubunifu wa bendi ya antena inayoweza kubadilishwa hutoa njia mpya ya kusoma sifa za uenezaji wa antena mpya za nyenzo za terahertz.
Mchoro 12 Antena mpya ya ukanda
Mbali na kuchunguza vipengele vipya vya antena ya terahertz ya nyenzo, antena za terahertz za graphene nanopatch pia zinaweza kubuniwa kama safu za kujenga mifumo ya mawasiliano ya antena ya terahertz ya ingizo nyingi. Muundo wa antena unaonyeshwa kwenye Mchoro 13. Kulingana na sifa za kipekee za antena za graphene nanopatch, vipengele vya antena vina vipimo vya mikroni. Uwekaji wa mvuke wa kemikali huunganisha moja kwa moja picha tofauti za graphene kwenye safu nyembamba ya nikeli na kuzihamisha kwenye sehemu yoyote. Kwa kuchagua idadi inayofaa ya vipengele na kubadilisha volteji ya upendeleo wa umeme, mwelekeo wa mionzi unaweza kubadilishwa kwa ufanisi, na kufanya mfumo uweze kusanidiwa upya.
Mchoro 13 Safu ya antena ya Graphene nanopatch terahertz
Utafiti wa nyenzo mpya ni mwelekeo mpya kiasi. Ubunifu wa nyenzo unatarajiwa kupitia mapungufu ya antena za kitamaduni na kukuza antena mpya mbalimbali, kama vile metamatikeri zinazoweza kusanidiwa upya, nyenzo zenye pande mbili (2D), n.k. Hata hivyo, aina hii ya antena inategemea zaidi uvumbuzi wa nyenzo mpya na maendeleo ya teknolojia ya mchakato. Kwa vyovyote vile, ukuzaji wa antena za terahertz unahitaji nyenzo bunifu, teknolojia sahihi ya usindikaji na miundo mipya ya usanifu ili kukidhi mahitaji ya juu ya faida, gharama ya chini na upana wa data wa antena za terahertz.
Ifuatayo inaanzisha kanuni za msingi za aina tatu za antena za terahertz: antena za chuma, antena za dielectric na antena mpya za nyenzo, na inachambua tofauti zao na faida na hasara.
1. Antena ya chuma: Jiometri ni rahisi, rahisi kusindika, gharama ya chini, na mahitaji ya chini ya vifaa vya substrate. Hata hivyo, antena za chuma hutumia mbinu ya kiufundi kurekebisha nafasi ya antena, ambayo inaweza kusababisha hitilafu. Ikiwa marekebisho si sahihi, utendaji wa antena utapungua sana. Ingawa antena ya chuma ni ndogo kwa ukubwa, ni vigumu kukusanyika kwa kutumia saketi ya sayari.
2. Antena ya dielectric: Antena ya dielectric ina impedance ya chini ya ingizo, ni rahisi kulinganisha na kigunduzi cha impedance ya chini, na ni rahisi kuunganishwa na saketi ya sayari. Maumbo ya kijiometri ya antena za dielectric ni pamoja na umbo la kipepeo, umbo la U maradufu, umbo la logarithmic la kawaida na umbo la sine ya upimaji ya logarithmic. Hata hivyo, antena za dielectric pia zina kasoro mbaya, yaani athari ya wimbi la uso inayosababishwa na substrate nene. Suluhisho ni kupakia lenzi na kubadilisha substrate ya dielectric na muundo wa EBG. Suluhisho zote mbili zinahitaji uvumbuzi na uboreshaji endelevu wa teknolojia ya mchakato na vifaa, lakini utendaji wao bora (kama vile mwelekeo wote na ukandamizaji wa wimbi la uso) unaweza kutoa mawazo mapya kwa ajili ya utafiti wa antena za terahertz.
3. Antena mpya za nyenzo: Kwa sasa, antena mpya za dipole zilizotengenezwa kwa mirija midogo ya kaboni na miundo mipya ya antena iliyotengenezwa kwa metamaterials imeonekana. Nyenzo mpya zinaweza kuleta mafanikio mapya ya utendaji, lakini msingi ni uvumbuzi wa sayansi ya nyenzo. Kwa sasa, utafiti kuhusu antena mpya za nyenzo bado uko katika hatua ya uchunguzi, na teknolojia nyingi muhimu hazijakomaa vya kutosha.
Kwa muhtasari, aina tofauti za antena za terahertz zinaweza kuchaguliwa kulingana na mahitaji ya muundo:
1) Ikiwa muundo rahisi na gharama ya chini ya uzalishaji inahitajika, antena za chuma zinaweza kuchaguliwa.
2) Ikiwa ujumuishaji wa hali ya juu na uzuiaji mdogo wa kuingiza umeme unahitajika, antena za dielectric zinaweza kuchaguliwa.
3) Ikiwa mafanikio katika utendaji yanahitajika, antena mpya za nyenzo zinaweza kuchaguliwa.
Miundo iliyo hapo juu pia inaweza kubadilishwa kulingana na mahitaji maalum. Kwa mfano, aina mbili za antena zinaweza kuunganishwa ili kupata faida zaidi, lakini mbinu ya uunganishaji na teknolojia ya usanifu lazima zikidhi mahitaji magumu zaidi.
Ili kujifunza zaidi kuhusu antena, tafadhali tembelea:
Muda wa chapisho: Agosti-02-2024
