വയർലെസ് ഉപകരണങ്ങളുടെ വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന ജനപ്രീതിയോടെ, ഡാറ്റ സേവനങ്ങളുടെ വിസ്ഫോടനാത്മകമായ വളർച്ച എന്നറിയപ്പെടുന്ന ദ്രുതഗതിയിലുള്ള വികസനത്തിൻ്റെ ഒരു പുതിയ കാലഘട്ടത്തിലേക്ക് ഡാറ്റ സേവനങ്ങൾ പ്രവേശിച്ചു. നിലവിൽ, കമ്പ്യൂട്ടറുകളിൽ നിന്ന്, തത്സമയം കൊണ്ടുപോകാനും പ്രവർത്തിപ്പിക്കാനും എളുപ്പമുള്ള മൊബൈൽ ഫോണുകൾ പോലുള്ള വയർലെസ് ഉപകരണങ്ങളിലേക്ക് ധാരാളം ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ ക്രമേണ മൈഗ്രേറ്റ് ചെയ്യപ്പെടുന്നു, എന്നാൽ ഈ സാഹചര്യം ഡാറ്റാ ട്രാഫിക്കിൽ ദ്രുതഗതിയിലുള്ള വർദ്ധനവിനും ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് ഉറവിടങ്ങളുടെ കുറവിനും കാരണമായി. . സ്ഥിതിവിവരക്കണക്കുകൾ പ്രകാരം, അടുത്ത 10 മുതൽ 15 വർഷത്തിനുള്ളിൽ വിപണിയിലെ ഡാറ്റ നിരക്ക് Gbps അല്ലെങ്കിൽ Tbps വരെ എത്തിയേക്കാം. നിലവിൽ, THz ആശയവിനിമയം Gbps ഡാറ്റാ നിരക്കിൽ എത്തിയിരിക്കുന്നു, അതേസമയം Tbps ഡാറ്റ നിരക്ക് ഇപ്പോഴും വികസനത്തിൻ്റെ പ്രാരംഭ ഘട്ടത്തിലാണ്. ഒരു അനുബന്ധ പേപ്പർ THz ബാൻഡിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കി Gbps ഡാറ്റാ നിരക്കുകളിലെ ഏറ്റവും പുതിയ പുരോഗതി പട്ടികപ്പെടുത്തുകയും ധ്രുവീകരണ മൾട്ടിപ്ലക്‌സിംഗ് വഴി Tbps ലഭിക്കുമെന്ന് പ്രവചിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. അതിനാൽ, ഡാറ്റാ ട്രാൻസ്മിഷൻ നിരക്ക് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന്, മൈക്രോവേവുകൾക്കും ഇൻഫ്രാറെഡ് ലൈറ്റിനും ഇടയിലുള്ള "ശൂന്യമായ ഏരിയ"യിലുള്ള ടെറാഹെർട്സ് ബാൻഡ് ആയ ഒരു പുതിയ ഫ്രീക്വൻസി ബാൻഡ് വികസിപ്പിക്കുക എന്നതാണ് പ്രായോഗിക പരിഹാരം. 2019 ലെ ITU വേൾഡ് റേഡിയോ കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ കോൺഫറൻസിൽ (WRC-19) 275-450GHz ഫ്രീക്വൻസി ശ്രേണി ഫിക്സഡ്, ലാൻഡ് മൊബൈൽ സേവനങ്ങൾക്കായി ഉപയോഗിച്ചു. ടെറാഹെർട്സ് വയർലെസ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സംവിധാനങ്ങൾ പല ഗവേഷകരുടെയും ശ്രദ്ധ ആകർഷിച്ചതായി കാണാം.
0.03-3 മില്ലിമീറ്റർ തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള 0.1-10THz (1THz=1012Hz) ഫ്രീക്വൻസി ബാൻഡാണ് ടെറാഹെർട്സ് വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗങ്ങളെ സാധാരണയായി നിർവചിച്ചിരിക്കുന്നത്. IEEE സ്റ്റാൻഡേർഡ് അനുസരിച്ച്, ടെറാഹെർട്സ് തരംഗങ്ങളെ 0.3-10THz ആയി നിർവചിച്ചിരിക്കുന്നു. ടെറാഹെർട്സ് ഫ്രീക്വൻസി ബാൻഡ് മൈക്രോവേവിനും ഇൻഫ്രാറെഡ് ലൈറ്റിനും ഇടയിലാണെന്ന് ചിത്രം 1 കാണിക്കുന്നു.
ചിത്രം 1 THz ഫ്രീക്വൻസി ബാൻഡിൻ്റെ സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രം.
ടെറാഹെർട്സ് ആൻ്റിനകളുടെ വികസനം
19-ആം നൂറ്റാണ്ടിൽ ടെറാഹെർട്സ് ഗവേഷണം ആരംഭിച്ചെങ്കിലും, അക്കാലത്ത് ഇത് ഒരു സ്വതന്ത്ര മേഖലയായി പഠിച്ചിരുന്നില്ല. ടെറാഹെർട്സ് റേഡിയേഷനെക്കുറിച്ചുള്ള ഗവേഷണം പ്രധാനമായും ഫോക്കസ് ചെയ്തത് ഫാർ-ഇൻഫ്രാറെഡ് ബാൻഡിലാണ്. 20-ആം നൂറ്റാണ്ടിൻ്റെ പകുതി മുതൽ അവസാനം വരെ ഗവേഷകർ ടെറാഹെർട്സ് ബാൻഡിലേക്ക് മില്ലിമീറ്റർ തരംഗ ഗവേഷണം നടത്താനും പ്രത്യേക ടെറാഹെർട്സ് സാങ്കേതിക ഗവേഷണം നടത്താനും തുടങ്ങി.
1980-കളിൽ ടെറാഹെർട്സ് റേഡിയേഷൻ സ്രോതസ്സുകളുടെ ആവിർഭാവം പ്രായോഗിക സംവിധാനങ്ങളിൽ ടെറാഹെർട്സ് തരംഗങ്ങളുടെ പ്രയോഗം സാധ്യമാക്കി. ഇരുപത്തിയൊന്നാം നൂറ്റാണ്ട് മുതൽ, വയർലെസ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ ടെക്നോളജി അതിവേഗം വികസിച്ചു, വിവരങ്ങൾക്കായുള്ള ആളുകളുടെ ആവശ്യവും ആശയവിനിമയ ഉപകരണങ്ങളുടെ വർദ്ധനവും ആശയവിനിമയ ഡാറ്റയുടെ പ്രക്ഷേപണ നിരക്കിൽ കൂടുതൽ കർശനമായ ആവശ്യകതകൾ മുന്നോട്ട് വച്ചിട്ടുണ്ട്. അതിനാൽ, ഭാവിയിലെ ആശയവിനിമയ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ വെല്ലുവിളികളിലൊന്ന് ഒരു സ്ഥലത്ത് സെക്കൻഡിൽ ജിഗാബൈറ്റ്സ് ഉയർന്ന ഡാറ്റാ നിരക്കിൽ പ്രവർത്തിക്കുക എന്നതാണ്. നിലവിലെ സാമ്പത്തിക വികസനത്തിൻ കീഴിൽ, സ്പെക്ട്രം വിഭവങ്ങൾ കൂടുതൽ ദുർലഭമായിരിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ആശയവിനിമയ ശേഷിക്കും വേഗതയ്ക്കും മനുഷ്യൻ്റെ ആവശ്യങ്ങൾ അനന്തമാണ്. സ്പെക്ട്രം തിരക്കിൻ്റെ പ്രശ്‌നത്തിന്, സ്പേഷ്യൽ മൾട്ടിപ്ലക്‌സിംഗ് വഴി സ്പെക്ട്രം കാര്യക്ഷമതയും സിസ്റ്റം ശേഷിയും മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന് പല കമ്പനികളും മൾട്ടിപ്പിൾ-ഇൻപുട്ട് മൾട്ടിപ്പിൾ ഔട്ട്പുട്ട് (MIMO) സാങ്കേതികവിദ്യ ഉപയോഗിക്കുന്നു. 5G നെറ്റ്‌വർക്കുകളുടെ പുരോഗതിയോടെ, ഓരോ ഉപയോക്താവിൻ്റെയും ഡാറ്റ കണക്ഷൻ വേഗത Gbps കവിയും, കൂടാതെ ബേസ് സ്റ്റേഷനുകളുടെ ഡാറ്റാ ട്രാഫിക്കും ഗണ്യമായി വർദ്ധിക്കും. പരമ്പരാഗത മില്ലിമീറ്റർ തരംഗ ആശയവിനിമയ സംവിധാനങ്ങൾക്ക്, മൈക്രോവേവ് ലിങ്കുകൾക്ക് ഈ വലിയ ഡാറ്റ സ്ട്രീമുകൾ കൈകാര്യം ചെയ്യാൻ കഴിയില്ല. കൂടാതെ, കാഴ്ചയുടെ രേഖയുടെ സ്വാധീനം കാരണം, ഇൻഫ്രാറെഡ് ആശയവിനിമയത്തിൻ്റെ പ്രക്ഷേപണ ദൂരം ചെറുതാണ്, അതിൻ്റെ ആശയവിനിമയ ഉപകരണങ്ങളുടെ സ്ഥാനം നിശ്ചയിച്ചിരിക്കുന്നു. അതിനാൽ, മൈക്രോവേവിനും ഇൻഫ്രാറെഡിനും ഇടയിലുള്ള THz തരംഗങ്ങൾ, THz ലിങ്കുകൾ ഉപയോഗിച്ച് അതിവേഗ ആശയവിനിമയ സംവിധാനങ്ങൾ നിർമ്മിക്കാനും ഡാറ്റാ ട്രാൻസ്മിഷൻ നിരക്ക് വർദ്ധിപ്പിക്കാനും ഉപയോഗിക്കാം.
ടെറാഹെർട്സ് തരംഗങ്ങൾക്ക് വിശാലമായ ആശയവിനിമയ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് നൽകാൻ കഴിയും, കൂടാതെ അതിൻ്റെ ആവൃത്തി ശ്രേണി മൊബൈൽ ആശയവിനിമയങ്ങളേക്കാൾ 1000 മടങ്ങ് കൂടുതലാണ്. അതിനാൽ, അൾട്രാ-ഹൈ-സ്പീഡ് വയർലെസ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിന് THz ഉപയോഗിക്കുന്നത് ഉയർന്ന ഡാറ്റാ നിരക്കുകളുടെ വെല്ലുവിളിക്കുള്ള ഒരു നല്ല പരിഹാരമാണ്, ഇത് നിരവധി ഗവേഷണ ടീമുകളുടെയും വ്യവസായങ്ങളുടെയും താൽപ്പര്യം ആകർഷിച്ചു. 2017 സെപ്റ്റംബറിൽ, ആദ്യത്തെ THz വയർലെസ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സ്റ്റാൻഡേർഡ് IEEE 802.15.3d-2017 പുറത്തിറങ്ങി, 252-325 GHz എന്ന താഴ്ന്ന THz ഫ്രീക്വൻസി ശ്രേണിയിൽ പോയിൻ്റ്-ടു-പോയിൻ്റ് ഡാറ്റ എക്സ്ചേഞ്ച് നിർവ്വചിക്കുന്നു. ലിങ്കിൻ്റെ ഇതര ഫിസിക്കൽ ലെയറിന് (PHY) വ്യത്യസ്ത ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്തുകളിൽ 100 Gbps വരെ ഡാറ്റാ നിരക്കുകൾ നേടാനാകും.
ആദ്യത്തെ വിജയകരമായ 0.12 THz കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റം 2004-ൽ സ്ഥാപിക്കപ്പെട്ടു, 0.3 THz കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റം 2013-ൽ യാഥാർത്ഥ്യമായി. 2004 മുതൽ 2013 വരെയുള്ള ജപ്പാനിലെ ടെറാഹെർട്സ് ആശയവിനിമയ സംവിധാനങ്ങളുടെ ഗവേഷണ പുരോഗതി പട്ടിക 1 പട്ടികപ്പെടുത്തുന്നു.
പട്ടിക 1 2004 മുതൽ 2013 വരെയുള്ള ജപ്പാനിലെ ടെറാഹെർട്സ് ആശയവിനിമയ സംവിധാനങ്ങളുടെ ഗവേഷണ പുരോഗതി
2004-ൽ വികസിപ്പിച്ച ഒരു കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റത്തിൻ്റെ ആൻ്റിന ഘടന 2005-ൽ നിപ്പോൺ ടെലിഗ്രാഫും ടെലിഫോൺ കോർപ്പറേഷനും (NTT) വിശദമായി വിവരിച്ചു. ചിത്രം 2-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ രണ്ട് കേസുകളിൽ ആൻ്റിന കോൺഫിഗറേഷൻ അവതരിപ്പിച്ചു.
ചിത്രം 2 ജപ്പാൻ്റെ NTT 120 GHz വയർലെസ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റത്തിൻ്റെ സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രം
സിസ്റ്റം ഫോട്ടോഇലക്ട്രിക് പരിവർത്തനവും ആൻ്റിനയും സമന്വയിപ്പിക്കുകയും രണ്ട് പ്രവർത്തന രീതികൾ സ്വീകരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു:
1. ഒരു ക്ലോസ്-റേഞ്ച് ഇൻഡോർ പരിതസ്ഥിതിയിൽ, വീടിനുള്ളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന പ്ലാനർ ആൻ്റിന ട്രാൻസ്മിറ്ററിൽ ചിത്രം 2(എ)-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ സിംഗിൾ-ലൈൻ കാരിയർ ഫോട്ടോഡയോഡ് (UTC-PD) ചിപ്പ്, ഒരു പ്ലാനർ സ്ലോട്ട് ആൻ്റിന, ഒരു സിലിക്കൺ ലെൻസ് എന്നിവ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു.
2. ഒരു ദീർഘദൂര ഔട്ട്ഡോർ പരിതസ്ഥിതിയിൽ, വലിയ ട്രാൻസ്മിഷൻ നഷ്ടം, ഡിറ്റക്ടറിൻ്റെ കുറഞ്ഞ സെൻസിറ്റിവിറ്റി എന്നിവയുടെ സ്വാധീനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന്, ട്രാൻസ്മിറ്റർ ആൻ്റിനയ്ക്ക് ഉയർന്ന നേട്ടം ഉണ്ടായിരിക്കണം. നിലവിലുള്ള ടെറാഹെർട്സ് ആൻ്റിന 50 dBi-ൽ കൂടുതൽ നേട്ടമുള്ള ഒരു ഗാസിയൻ ഒപ്റ്റിക്കൽ ലെൻസ് ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഫീഡ് ഹോണും ഡൈ ഇലക്‌ട്രിക് ലെൻസും ചിത്രം 2(ബി) ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു.
0.12 THz കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റം വികസിപ്പിക്കുന്നതിനൊപ്പം, 2012-ൽ NTT 0.3THz കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റവും വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു. തുടർച്ചയായ ഒപ്റ്റിമൈസേഷനിലൂടെ, ട്രാൻസ്മിഷൻ നിരക്ക് 100Gbps വരെ ഉയർന്നേക്കാം. പട്ടിക 1 ൽ നിന്ന് കാണാൻ കഴിയുന്നതുപോലെ, ടെറാഹെർട്സ് ആശയവിനിമയത്തിൻ്റെ വികസനത്തിന് ഇത് വലിയ സംഭാവന നൽകിയിട്ടുണ്ട്. എന്നിരുന്നാലും, നിലവിലെ ഗവേഷണ പ്രവർത്തനങ്ങൾക്ക് കുറഞ്ഞ പ്രവർത്തന ആവൃത്തി, വലിയ വലിപ്പം, ഉയർന്ന ചെലവ് എന്നിവയുടെ പോരായ്മകളുണ്ട്.
നിലവിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന മിക്ക ടെറാഹെർട്സ് ആൻ്റിനകളും മില്ലിമീറ്റർ വേവ് ആൻ്റിനകളിൽ നിന്ന് പരിഷ്‌ക്കരിച്ചവയാണ്, ടെറാഹെർട്സ് ആൻ്റിനകളിൽ പുതുമയില്ല. അതിനാൽ, ടെറാഹെർട്സ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റങ്ങളുടെ പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന്, ടെറാഹെർട്സ് ആൻ്റിനകൾ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുക എന്നതാണ് ഒരു പ്രധാന ചുമതല. ജർമ്മൻ THz ആശയവിനിമയത്തിൻ്റെ ഗവേഷണ പുരോഗതി പട്ടിക 2 പട്ടികപ്പെടുത്തുന്നു. ഫോട്ടോണിക്സും ഇലക്ട്രോണിക്സും സംയോജിപ്പിക്കുന്ന ഒരു പ്രതിനിധി THz വയർലെസ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റം ചിത്രം 3 (എ) കാണിക്കുന്നു. ചിത്രം 3 (ബി) കാറ്റ് ടണൽ പരീക്ഷണ രംഗം കാണിക്കുന്നു. ജർമ്മനിയിലെ നിലവിലെ ഗവേഷണ സാഹചര്യം വിലയിരുത്തുമ്പോൾ, അതിൻ്റെ ഗവേഷണത്തിനും വികസനത്തിനും കുറഞ്ഞ പ്രവർത്തന ആവൃത്തി, ഉയർന്ന ചെലവ്, കുറഞ്ഞ കാര്യക്ഷമത തുടങ്ങിയ ദോഷങ്ങളുമുണ്ട്.
പട്ടിക 2 ജർമ്മനിയിലെ THz ആശയവിനിമയത്തിൻ്റെ ഗവേഷണ പുരോഗതി
ചിത്രം 3 കാറ്റ് ടണൽ പരീക്ഷണ രംഗം
CSIRO ICT സെൻ്റർ THz ഇൻഡോർ വയർലെസ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റങ്ങളെ കുറിച്ചുള്ള ഗവേഷണവും ആരംഭിച്ചിട്ടുണ്ട്. ചിത്രം 4-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, വർഷവും ആശയവിനിമയ ആവൃത്തിയും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം കേന്ദ്രം പഠിച്ചു. ചിത്രം 4-ൽ നിന്ന് കാണാൻ കഴിയുന്നത് പോലെ, 2020-ഓടെ, വയർലെസ് ആശയവിനിമയങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള ഗവേഷണം THz ബാൻഡിലേക്ക് പ്രവണത കാണിക്കുന്നു. റേഡിയോ സ്പെക്ട്രം ഉപയോഗിക്കുന്ന പരമാവധി ആശയവിനിമയ ആവൃത്തി ഓരോ ഇരുപത് വർഷത്തിലും പത്തിരട്ടി വർദ്ധിക്കുന്നു. THz ആൻ്റിനകളുടെ ആവശ്യകതകളെ കുറിച്ച് കേന്ദ്രം ശുപാർശകൾ നൽകിയിട്ടുണ്ട്, കൂടാതെ THz ആശയവിനിമയ സംവിധാനങ്ങൾക്കായി ഹോണുകളും ലെൻസുകളും പോലുള്ള പരമ്പരാഗത ആൻ്റിനകൾ നിർദ്ദേശിക്കുന്നു. ചിത്രം 5-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, രണ്ട് ഹോൺ ആൻ്റിനകൾ യഥാക്രമം 0.84THz, 1.7THz എന്നിവയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു, ലളിതമായ ഘടനയും മികച്ച ഗൗസിയൻ ബീം പ്രകടനവും.
ചിത്രം 4 വർഷവും ആവൃത്തിയും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം
RM-BDHA818-20A
RM-DCPHA105145-20
ചിത്രം 5 രണ്ട് തരം ഹോൺ ആൻ്റിനകൾ
ടെറാഹെർട്സ് തരംഗങ്ങളുടെ ഉദ്‌വമനവും കണ്ടെത്തലും സംബന്ധിച്ച് അമേരിക്ക വിപുലമായ ഗവേഷണം നടത്തിയിട്ടുണ്ട്. ജെറ്റ് പ്രൊപ്പൽഷൻ ലബോറട്ടറി (ജെപിഎൽ), സ്റ്റാൻഫോർഡ് ലീനിയർ ആക്സിലറേറ്റർ സെൻ്റർ (എസ്എൽഎസി), യുഎസ് നാഷണൽ ലബോറട്ടറി (എൽഎൽഎൻഎൽ), നാഷണൽ എയറോനോട്ടിക്സ് ആൻഡ് സ്പേസ് അഡ്മിനിസ്ട്രേഷൻ (നാസ), നാഷണൽ സയൻസ് ഫൗണ്ടേഷൻ (എൻഎസ്എഫ്) തുടങ്ങിയവ പ്രശസ്ത ടെറാഹെർട്സ് ഗവേഷണ ലബോറട്ടറികളിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു. ബൗട്ടി ആൻ്റിനകളും ഫ്രീക്വൻസി ബീം സ്റ്റിയറിംഗ് ആൻ്റിനകളും പോലെ ടെറാഹെർട്സ് ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കായി പുതിയ ടെറാഹെർട്സ് ആൻ്റിനകൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്തിട്ടുണ്ട്. ടെറാഹെർട്സ് ആൻ്റിനകളുടെ വികസനം അനുസരിച്ച്, ചിത്രം 6 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ ടെറാഹെർട്സ് ആൻ്റിനകൾക്കായി നിലവിൽ മൂന്ന് അടിസ്ഥാന ഡിസൈൻ ആശയങ്ങൾ നമുക്ക് ലഭിക്കും.
ചിത്രം 6 ടെറാഹെർട്സ് ആൻ്റിനകൾക്കുള്ള മൂന്ന് അടിസ്ഥാന ഡിസൈൻ ആശയങ്ങൾ
പല രാജ്യങ്ങളും ടെറാഹെർട്സ് ആൻ്റിനകളിൽ വളരെയധികം ശ്രദ്ധ ചെലുത്തിയിട്ടുണ്ടെങ്കിലും, അത് ഇപ്പോഴും പ്രാരംഭ പര്യവേക്ഷണത്തിൻ്റെയും വികസനത്തിൻ്റെയും ഘട്ടത്തിലാണ് എന്ന് മുകളിൽ പറഞ്ഞ വിശകലനം കാണിക്കുന്നു. ഉയർന്ന പ്രചരണ നഷ്ടവും തന്മാത്രാ ആഗിരണവും കാരണം, THz ആൻ്റിനകൾ സാധാരണയായി ട്രാൻസ്മിഷൻ ദൂരവും കവറേജും കൊണ്ട് പരിമിതപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു. ചില പഠനങ്ങൾ THz ബാൻഡിലെ താഴ്ന്ന പ്രവർത്തന ആവൃത്തികളിൽ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നു. നിലവിലുള്ള ടെറാഹെർട്സ് ആൻ്റിന ഗവേഷണം പ്രധാനമായും ഊന്നൽ നൽകുന്നത് ഡൈഇലക്‌ട്രിക് ലെൻസ് ആൻ്റിനകൾ മുതലായവ ഉപയോഗിച്ച് നേട്ടം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിലും ഉചിതമായ അൽഗോരിതങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് ആശയവിനിമയ കാര്യക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിലുമാണ്. കൂടാതെ, ടെറാഹെർട്സ് ആൻ്റിന പാക്കേജിംഗിൻ്റെ കാര്യക്ഷമത എങ്ങനെ മെച്ചപ്പെടുത്താം എന്നതും വളരെ അടിയന്തിര പ്രശ്നമാണ്.
പൊതുവായ THz ആൻ്റിനകൾ
നിരവധി തരം THz ആൻ്റിനകൾ ലഭ്യമാണ്: കോണാകൃതിയിലുള്ള അറകളുള്ള ദ്വിധ്രുവ ആൻ്റിനകൾ, കോർണർ റിഫ്ലക്ടർ അറേകൾ, ബൗട്ടി ഡൈപോളുകൾ, ഡൈഇലക്‌ട്രിക് ലെൻസ് പ്ലാനർ ആൻ്റിനകൾ, THz ഉറവിട റേഡിയേഷൻ സ്രോതസ്സുകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനുള്ള ഫോട്ടോകണ്ടക്റ്റീവ് ആൻ്റിനകൾ, ഹോൺ ആൻ്റിനകൾ, THz ആൻ്റിനകൾ എന്നിവ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള വസ്തുക്കൾ. THz ആൻ്റിനകൾ നിർമ്മിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന വസ്തുക്കൾ, അവയെ ലോഹ ആൻ്റിനകൾ (പ്രധാനമായും ഹോൺ ആൻ്റിനകൾ), വൈദ്യുത ആൻ്റിനകൾ (ലെൻസ് ആൻ്റിനകൾ), പുതിയ മെറ്റീരിയൽ ആൻ്റിനകൾ എന്നിങ്ങനെ വിഭജിക്കാം. ഈ വിഭാഗം ആദ്യം ഈ ആൻ്റിനകളുടെ പ്രാഥമിക വിശകലനം നൽകുന്നു, തുടർന്ന് അടുത്ത വിഭാഗത്തിൽ അഞ്ച് സാധാരണ THz ആൻ്റിനകൾ വിശദമായി അവതരിപ്പിക്കുകയും ആഴത്തിൽ വിശകലനം ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്നു.
1. മെറ്റൽ ആൻ്റിനകൾ
THz ബാൻഡിൽ പ്രവർത്തിക്കാൻ രൂപകൽപ്പന ചെയ്തിട്ടുള്ള ഒരു സാധാരണ മെറ്റൽ ആൻ്റിനയാണ് ഹോൺ ആൻ്റിന. ഒരു ക്ലാസിക് മില്ലിമീറ്റർ വേവ് റിസീവറിൻ്റെ ആൻ്റിന ഒരു കോണാകൃതിയിലുള്ള കൊമ്പാണ്. കോറഗേറ്റഡ്, ഡ്യുവൽ മോഡ് ആൻ്റിനകൾക്ക് റൊട്ടേഷനലി സിമ്മട്രിക് റേഡിയേഷൻ പാറ്റേണുകൾ, 20 മുതൽ 30 ഡിബിഐ വരെ ഉയർന്ന നേട്ടം, കുറഞ്ഞ ക്രോസ്-പോളറൈസേഷൻ ലെവൽ -30 ഡിബി, 97% മുതൽ 98% വരെ കപ്ലിംഗ് കാര്യക്ഷമത എന്നിവ ഉൾപ്പെടെ നിരവധി ഗുണങ്ങളുണ്ട്. രണ്ട് ഹോൺ ആൻ്റിനകളുടെ ലഭ്യമായ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് യഥാക്രമം 30%-40%, 6%-8% എന്നിവയാണ്.
ടെറാഹെർട്സ് തരംഗങ്ങളുടെ ആവൃത്തി വളരെ കൂടുതലായതിനാൽ, ഹോൺ ആൻ്റിനയുടെ വലിപ്പം വളരെ ചെറുതാണ്, ഇത് കൊമ്പിൻ്റെ പ്രോസസ്സിംഗ് വളരെ ബുദ്ധിമുട്ടുള്ളതാക്കുന്നു, പ്രത്യേകിച്ച് ആൻ്റിന അറേകളുടെ രൂപകൽപ്പനയിൽ, പ്രോസസ്സിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ സങ്കീർണ്ണത അമിതമായ ചിലവിലേക്ക് നയിക്കുന്നു. പരിമിതമായ ഉത്പാദനം. സങ്കീർണ്ണമായ ഹോൺ ഡിസൈനിൻ്റെ അടിഭാഗം നിർമ്മിക്കുന്നതിലെ ബുദ്ധിമുട്ട് കാരണം, കോണാകൃതിയിലുള്ള അല്ലെങ്കിൽ കോണാകൃതിയിലുള്ള കൊമ്പിൻ്റെ രൂപത്തിൽ ഒരു ലളിതമായ ഹോൺ ആൻ്റിന സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്നു, ഇത് ചെലവും പ്രോസസ്സ് സങ്കീർണ്ണതയും കുറയ്ക്കും, കൂടാതെ ആൻ്റിനയുടെ റേഡിയേഷൻ പ്രകടനം നിലനിർത്താനും കഴിയും. നന്നായി.
മറ്റൊരു ലോഹ ആൻ്റിന ഒരു ട്രാവലിംഗ് വേവ് പിരമിഡ് ആൻ്റിനയാണ്, അതിൽ 1.2 മൈക്രോൺ ഡൈഇലക്‌ട്രിക് ഫിലിമിൽ സംയോജിപ്പിച്ച് ഒരു സിലിക്കൺ വേഫറിൽ കൊത്തിവച്ചിരിക്കുന്ന ഒരു രേഖാംശ അറയിൽ സസ്പെൻഡ് ചെയ്ത ഒരു ട്രാവലിംഗ് വേവ് ആൻ്റിന അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, ചിത്രം 7 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നത് പോലെ ഈ ആൻ്റിന ഒരു തുറന്ന ഘടനയാണ്. Schottky ഡയോഡുകളുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നു. താരതമ്യേന ലളിതമായ ഘടനയും കുറഞ്ഞ നിർമ്മാണ ആവശ്യകതകളും കാരണം, ഇത് സാധാരണയായി 0.6 THz-ന് മുകളിലുള്ള ഫ്രീക്വൻസി ബാൻഡുകളിൽ ഉപയോഗിക്കാം. എന്നിരുന്നാലും, ആൻ്റിനയുടെ സൈഡ്‌ലോബ് ലെവലും ക്രോസ്-പോളറൈസേഷൻ ലെവലും ഉയർന്നതാണ്, ഒരുപക്ഷേ അതിൻ്റെ തുറന്ന ഘടന കാരണം. അതിനാൽ, അതിൻ്റെ കപ്ലിംഗ് കാര്യക്ഷമത താരതമ്യേന കുറവാണ് (ഏകദേശം 50%).
ചിത്രം 7 ട്രാവലിംഗ് വേവ് പിരമിഡൽ ആൻ്റിന
2. വൈദ്യുത ആൻ്റിന
ഒരു ഡൈഇലക്‌ട്രിക് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൻ്റെയും ആൻ്റിന റേഡിയേറ്ററിൻ്റെയും സംയോജനമാണ് വൈദ്യുത ആൻ്റിന. ശരിയായ രൂപകൽപനയിലൂടെ, ഡിറ്റക്ടറുമായി ഇംപെഡൻസ് പൊരുത്തപ്പെടുത്തൽ നേടാൻ ഡൈഇലക്‌ട്രിക് ആൻ്റിനയ്ക്ക് കഴിയും, കൂടാതെ ലളിതമായ പ്രക്രിയ, എളുപ്പമുള്ള സംയോജനം, കുറഞ്ഞ ചെലവ് എന്നിവയുടെ ഗുണങ്ങളുമുണ്ട്. സമീപ വർഷങ്ങളിൽ, ടെറാഹെർട്സ് ഡൈഇലക്‌ട്രിക് ആൻ്റിനകളുടെ ലോ-ഇംപെഡൻസ് ഡിറ്റക്ടറുകളുമായി പൊരുത്തപ്പെടാൻ കഴിയുന്ന നിരവധി നാരോബാൻഡ്, ബ്രോഡ്‌ബാൻഡ് സൈഡ്-ഫയർ ആൻ്റിനകൾ ഗവേഷകർ രൂപകൽപ്പന ചെയ്തിട്ടുണ്ട്: ബട്ടർഫ്ലൈ ആൻ്റിന, ഡബിൾ യു-ആകൃതിയിലുള്ള ആൻ്റിന, ലോഗ്-പീരിയോഡിക് ആൻ്റിന, ലോഗ്-പീരിയോഡിക് സിനുസോയ്ഡൽ ആൻ്റിന. ചിത്രം 8-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. കൂടാതെ, ജനിതക അൽഗോരിതം വഴി കൂടുതൽ സങ്കീർണ്ണമായ ആൻ്റിന ജ്യാമിതികൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്യാവുന്നതാണ്.
ചിത്രം 8 നാല് തരം പ്ലാനർ ആൻ്റിനകൾ
എന്നിരുന്നാലും, വൈദ്യുത ആൻ്റിന ഒരു ഡൈഇലക്‌ട്രിക് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുമായി സംയോജിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നതിനാൽ, ആവൃത്തി THz ബാൻഡിലേക്ക് പോകുമ്പോൾ ഒരു ഉപരിതല തരംഗ പ്രഭാവം സംഭവിക്കും. ഈ മാരകമായ പോരായ്മ, പ്രവർത്തന സമയത്ത് ആൻ്റിനയ്ക്ക് ധാരാളം ഊർജ്ജം നഷ്ടപ്പെടുകയും ആൻ്റിന റേഡിയേഷൻ കാര്യക്ഷമതയിൽ ഗണ്യമായ കുറവുണ്ടാക്കുകയും ചെയ്യും. ചിത്രം 9-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ആൻ്റിന റേഡിയേഷൻ ആംഗിൾ കട്ട്ഓഫ് കോണിനേക്കാൾ വലുതായിരിക്കുമ്പോൾ, അതിൻ്റെ ഊർജ്ജം വൈദ്യുത സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൽ പരിമിതപ്പെടുത്തുകയും സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് മോഡുമായി ബന്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.
ചിത്രം 9 ആൻ്റിന ഉപരിതല തരംഗ പ്രഭാവം
അടിവസ്ത്രത്തിൻ്റെ കനം കൂടുന്നതിനനുസരിച്ച്, ഉയർന്ന ഓർഡർ മോഡുകളുടെ എണ്ണം വർദ്ധിക്കുകയും, ആൻ്റിനയും അടിവസ്ത്രവും തമ്മിലുള്ള കപ്ലിംഗ് വർദ്ധിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു, ഇത് ഊർജ്ജ നഷ്ടത്തിന് കാരണമാകുന്നു. ഉപരിതല തരംഗ പ്രഭാവത്തെ ദുർബലപ്പെടുത്തുന്നതിന്, മൂന്ന് ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ സ്കീമുകൾ ഉണ്ട്:
1) വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗങ്ങളുടെ ബീംഫോർമിംഗ് സവിശേഷതകൾ ഉപയോഗിച്ച് നേട്ടം വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് ആൻ്റിനയിൽ ഒരു ലെൻസ് ലോഡ് ചെയ്യുക.
2) വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗങ്ങളുടെ ഹൈ-ഓർഡർ മോഡുകളുടെ ഉത്പാദനം അടിച്ചമർത്താൻ അടിവസ്ത്രത്തിൻ്റെ കനം കുറയ്ക്കുക.
3) ഒരു വൈദ്യുതകാന്തിക ബാൻഡ് വിടവ് (EBG) ഉപയോഗിച്ച് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് ഡൈഇലക്‌ട്രിക് മെറ്റീരിയൽ മാറ്റിസ്ഥാപിക്കുക. EBG-യുടെ സ്പേഷ്യൽ ഫിൽട്ടറിംഗ് സവിശേഷതകൾ ഉയർന്ന ഓർഡർ മോഡുകളെ അടിച്ചമർത്താൻ കഴിയും.
3. പുതിയ മെറ്റീരിയൽ ആൻ്റിനകൾ
മേൽപ്പറഞ്ഞ രണ്ട് ആൻ്റിനകൾക്ക് പുറമേ, പുതിയ മെറ്റീരിയലുകൾ കൊണ്ട് നിർമ്മിച്ച ടെറാഹെർട്സ് ആൻ്റിനയും ഉണ്ട്. ഉദാഹരണത്തിന്, 2006-ൽ, ജിൻ ഹാവോ et al. ഒരു കാർബൺ നാനോട്യൂബ് ദ്വിധ്രുവ ആൻ്റിന നിർദ്ദേശിച്ചു. ചിത്രം 10 (a) ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ലോഹ വസ്തുക്കൾക്ക് പകരം കാർബൺ നാനോട്യൂബുകൾ കൊണ്ടാണ് ദ്വിധ്രുവം നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്. കാർബൺ നാനോട്യൂബ് ദ്വിധ്രുവ ആൻ്റിനയുടെ ഇൻഫ്രാറെഡ്, ഒപ്റ്റിക്കൽ പ്രോപ്പർട്ടികൾ അദ്ദേഹം ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം പഠിക്കുകയും ഇൻപുട്ട് ഇംപെഡൻസ്, കറൻ്റ് ഡിസ്‌ട്രിബ്യൂഷൻ, നേട്ടം, കാര്യക്ഷമത, റേഡിയേഷൻ പാറ്റേൺ തുടങ്ങിയ പരിമിത-ദൈർഘ്യമുള്ള കാർബൺ നാനോട്യൂബ് ദ്വിധ്രുവ ആൻ്റിനയുടെ പൊതു സവിശേഷതകളെ കുറിച്ച് ചർച്ച ചെയ്യുകയും ചെയ്തു. ചിത്രം 10 (ബി) കാർബൺ നാനോട്യൂബ് ദ്വിധ്രുവ ആൻ്റിനയുടെ ഇൻപുട്ട് ഇംപെഡൻസും ഫ്രീക്വൻസിയും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം കാണിക്കുന്നു. ചിത്രം 10(ബി) ൽ കാണുന്നത് പോലെ, ഇൻപുട്ട് ഇംപെഡൻസിൻ്റെ സാങ്കൽപ്പിക ഭാഗത്തിന് ഉയർന്ന ആവൃത്തികളിൽ ഒന്നിലധികം പൂജ്യങ്ങളുണ്ട്. വ്യത്യസ്ത ആവൃത്തികളിൽ ആൻ്റിനയ്ക്ക് ഒന്നിലധികം അനുരണനങ്ങൾ കൈവരിക്കാൻ കഴിയുമെന്ന് ഇത് സൂചിപ്പിക്കുന്നു. വ്യക്തമായും, കാർബൺ നാനോട്യൂബ് ആൻ്റിന ഒരു നിശ്ചിത ആവൃത്തി പരിധിക്കുള്ളിൽ അനുരണനം കാണിക്കുന്നു (താഴ്ന്ന THz ആവൃത്തികൾ), എന്നാൽ ഈ ശ്രേണിക്ക് പുറത്ത് മുഴുവനായും പ്രതിധ്വനിക്കാൻ കഴിയില്ല.
ചിത്രം 10 (എ) കാർബൺ നാനോട്യൂബ് ദ്വിധ്രുവ ആൻ്റിന. (ബി) ഇൻപുട്ട് ഇംപെഡൻസ്-ഫ്രീക്വൻസി കർവ്
2012-ൽ, സമീർ എഫ്. മഹ്മൂദും അയ്ദ് ആർ. അൽഅജ്മിയും കാർബൺ നാനോട്യൂബുകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി ഒരു പുതിയ ടെറാഹെർട്സ് ആൻ്റിന ഘടന നിർദ്ദേശിച്ചു, അതിൽ രണ്ട് വൈദ്യുത പാളികളിൽ പൊതിഞ്ഞ കാർബൺ നാനോട്യൂബുകളുടെ ഒരു ബണ്ടിൽ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. അകത്തെ വൈദ്യുത പാളി ഒരു വൈദ്യുത നുരയെ പാളിയാണ്, പുറം വൈദ്യുത പാളി ഒരു മെറ്റാമെറ്റീരിയൽ പാളിയാണ്. നിർദ്ദിഷ്ട ഘടന ചിത്രം 11-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. ടെസ്റ്റിംഗിലൂടെ, ആൻ്റിനയുടെ റേഡിയേഷൻ പ്രകടനം ഒറ്റ-ഭിത്തിയുള്ള കാർബൺ നാനോട്യൂബുകളെ അപേക്ഷിച്ച് മെച്ചപ്പെടുത്തിയിട്ടുണ്ട്.
ചിത്രം 11 കാർബൺ നാനോട്യൂബുകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള പുതിയ ടെറാഹെർട്സ് ആൻ്റിന
മുകളിൽ നിർദ്ദേശിച്ചിരിക്കുന്ന പുതിയ മെറ്റീരിയൽ ടെറാഹെർട്സ് ആൻ്റിനകൾ പ്രധാനമായും ത്രിമാനമാണ്. ആൻ്റിനയുടെ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനും അനുരൂപമായ ആൻ്റിനകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിനുമായി, പ്ലാനർ ഗ്രാഫീൻ ആൻ്റിനകൾക്ക് വ്യാപകമായ ശ്രദ്ധ ലഭിച്ചു. ഗ്രാഫീനിന് മികച്ച ചലനാത്മകമായ തുടർച്ചയായ നിയന്ത്രണ സവിശേഷതകളുണ്ട്, കൂടാതെ ബയസ് വോൾട്ടേജ് ക്രമീകരിച്ചുകൊണ്ട് ഉപരിതല പ്ലാസ്മ സൃഷ്ടിക്കാൻ കഴിയും. പോസിറ്റീവ് ഡൈഇലക്‌ട്രിക് കോൺസ്റ്റൻ്റ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളും (Si, SiO2, മുതലായവ) നെഗറ്റീവ് ഡൈഇലക്‌ട്രിക് കോൺസ്റ്റൻ്റ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകളും (വിലയേറിയ ലോഹങ്ങൾ, ഗ്രാഫീൻ മുതലായവ) തമ്മിലുള്ള ഇൻ്റർഫേസിൽ ഉപരിതല പ്ലാസ്മ നിലനിൽക്കുന്നു. വിലയേറിയ ലോഹങ്ങൾ, ഗ്രാഫീൻ തുടങ്ങിയ ചാലകങ്ങളിൽ ധാരാളം "സ്വതന്ത്ര ഇലക്ട്രോണുകൾ" ഉണ്ട്. ഈ സ്വതന്ത്ര ഇലക്ട്രോണുകളെ പ്ലാസ്മ എന്നും വിളിക്കുന്നു. കണ്ടക്ടറിലെ അന്തർലീനമായ സാധ്യതയുള്ള ഫീൽഡ് കാരണം, ഈ പ്ലാസ്മകൾ സ്ഥിരതയുള്ള അവസ്ഥയിലാണ്, പുറംലോകം ശല്യപ്പെടുത്തുന്നില്ല. സംഭവ വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗ ഊർജ്ജം ഈ പ്ലാസ്മകളുമായി ബന്ധിപ്പിക്കുമ്പോൾ, പ്ലാസ്മ സ്ഥിരമായ അവസ്ഥയിൽ നിന്ന് വ്യതിചലിക്കുകയും വൈബ്രേറ്റ് ചെയ്യുകയും ചെയ്യും. പരിവർത്തനത്തിനുശേഷം, വൈദ്യുതകാന്തിക മോഡ് ഇൻ്റർഫേസിൽ ഒരു തിരശ്ചീന കാന്തിക തരംഗമായി മാറുന്നു. ഡ്രൂഡ് മോഡലിൻ്റെ ലോഹ ഉപരിതല പ്ലാസ്മയുടെ വ്യാപന ബന്ധത്തിൻ്റെ വിവരണമനുസരിച്ച്, ലോഹങ്ങൾക്ക് സ്വാഭാവികമായും സ്വതന്ത്ര സ്ഥലത്ത് വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗങ്ങളുമായി ബന്ധിപ്പിക്കാനും ഊർജ്ജം പരിവർത്തനം ചെയ്യാനും കഴിയില്ല. ഉപരിതല പ്ലാസ്മ തരംഗങ്ങളെ ഉത്തേജിപ്പിക്കാൻ മറ്റ് വസ്തുക്കൾ ഉപയോഗിക്കേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്. ലോഹ-സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് ഇൻ്റർഫേസിൻ്റെ സമാന്തര ദിശയിൽ ഉപരിതല പ്ലാസ്മ തരംഗങ്ങൾ അതിവേഗം ക്ഷയിക്കുന്നു. മെറ്റൽ കണ്ടക്ടർ ഉപരിതലത്തിലേക്ക് ലംബമായി ദിശയിൽ നടത്തുമ്പോൾ, ഒരു ചർമ്മ പ്രഭാവം സംഭവിക്കുന്നു. വ്യക്തമായും, ആൻ്റിനയുടെ ചെറിയ വലിപ്പം കാരണം, ഉയർന്ന ഫ്രീക്വൻസി ബാൻഡിൽ ഒരു സ്കിൻ ഇഫക്റ്റ് ഉണ്ട്, ഇത് ആൻ്റിനയുടെ പ്രകടനം കുത്തനെ കുറയുകയും ടെറാഹെർട്സ് ആൻ്റിനകളുടെ ആവശ്യകതകൾ നിറവേറ്റുകയും ചെയ്യുന്നു. ഗ്രാഫീനിൻ്റെ ഉപരിതല പ്ലാസ്മോണിന് ഉയർന്ന ബൈൻഡിംഗ് ശക്തിയും കുറഞ്ഞ നഷ്ടവും മാത്രമല്ല, തുടർച്ചയായ വൈദ്യുത ട്യൂണിംഗിനെ പിന്തുണയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. കൂടാതെ, ടെറാഹെർട്സ് ബാൻഡിൽ ഗ്രാഫീനിന് സങ്കീർണ്ണമായ ചാലകതയുണ്ട്. അതിനാൽ, സ്ലോ വേവ് പ്രചരണം ടെറാഹെർട്സ് ആവൃത്തിയിലുള്ള പ്ലാസ്മ മോഡുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ഈ സ്വഭാവസവിശേഷതകൾ ടെറാഹെർട്സ് ബാൻഡിലെ ലോഹ വസ്തുക്കളെ മാറ്റിസ്ഥാപിക്കുന്നതിനുള്ള ഗ്രാഫീൻ്റെ സാധ്യതയെ പൂർണ്ണമായി തെളിയിക്കുന്നു.
ഗ്രാഫീൻ ഉപരിതല പ്ലാസ്മോണുകളുടെ ധ്രുവീകരണ സ്വഭാവത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, ചിത്രം 12 ഒരു പുതിയ തരം സ്ട്രിപ്പ് ആൻ്റിന കാണിക്കുന്നു, കൂടാതെ ഗ്രാഫീനിലെ പ്ലാസ്മ തരംഗങ്ങളുടെ പ്രചരണ സ്വഭാവങ്ങളുടെ ബാൻഡ് ആകൃതി നിർദ്ദേശിക്കുന്നു. ട്യൂൺ ചെയ്യാവുന്ന ആൻ്റിന ബാൻഡിൻ്റെ രൂപകൽപ്പന പുതിയ മെറ്റീരിയൽ ടെറാഹെർട്സ് ആൻ്റിനകളുടെ പ്രചാരണ സവിശേഷതകൾ പഠിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു പുതിയ മാർഗം നൽകുന്നു.
ചിത്രം 12 പുതിയ സ്ട്രിപ്പ് ആൻ്റിന
യൂണിറ്റ് പുതിയ മെറ്റീരിയൽ ടെറാഹെർട്സ് ആൻ്റിന ഘടകങ്ങൾ പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യുന്നതിനു പുറമേ, ടെറാഹെർട്സ് മൾട്ടി-ഇൻപുട്ട് മൾട്ടി-ഔട്ട്പുട്ട് ആൻ്റിന കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിനുള്ള അറേകളായി ഗ്രാഫീൻ നാനോപാച്ച് ടെറാഹെർട്സ് ആൻ്റിനകളും രൂപകൽപ്പന ചെയ്യാൻ കഴിയും. ആൻ്റിന ഘടന ചിത്രം 13-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. ഗ്രാഫീൻ നാനോപാച്ച് ആൻ്റിനകളുടെ തനതായ ഗുണങ്ങളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, ആൻ്റിന മൂലകങ്ങൾക്ക് മൈക്രോൺ സ്കെയിൽ അളവുകൾ ഉണ്ട്. കെമിക്കൽ നീരാവി നിക്ഷേപം ഒരു നേർത്ത നിക്കൽ പാളിയിൽ വ്യത്യസ്ത ഗ്രാഫീൻ ചിത്രങ്ങളെ നേരിട്ട് സമന്വയിപ്പിക്കുകയും അവയെ ഏതെങ്കിലും അടിവസ്ത്രത്തിലേക്ക് മാറ്റുകയും ചെയ്യുന്നു. ഉചിതമായ എണ്ണം ഘടകങ്ങൾ തിരഞ്ഞെടുത്ത് ഇലക്ട്രോസ്റ്റാറ്റിക് ബയസ് വോൾട്ടേജ് മാറ്റുന്നതിലൂടെ, റേഡിയേഷൻ ദിശ ഫലപ്രദമായി മാറ്റാൻ കഴിയും, ഇത് സിസ്റ്റത്തെ പുനഃക്രമീകരിക്കാൻ കഴിയും.
ചിത്രം 13 ഗ്രാഫീൻ നാനോപാച്ച് ടെറാഹെർട്സ് ആൻ്റിന അറേ
പുതിയ മെറ്റീരിയലുകളുടെ ഗവേഷണം താരതമ്യേന പുതിയ ദിശയാണ്. സാമഗ്രികളുടെ നവീകരണം പരമ്പരാഗത ആൻ്റിനകളുടെ പരിമിതികളെ ഭേദിച്ച്, പുനഃക്രമീകരിക്കാവുന്ന മെറ്റാമെറ്റീരിയലുകൾ, ദ്വിമാന (2D) സാമഗ്രികൾ മുതലായവ പോലുള്ള വിവിധതരം പുതിയ ആൻ്റിനകൾ വികസിപ്പിക്കുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഇത്തരത്തിലുള്ള ആൻ്റിന പ്രധാനമായും ആശ്രയിക്കുന്നത് പുതിയവയുടെ നവീകരണത്തെയാണ്. മെറ്റീരിയലുകളും പ്രോസസ് ടെക്നോളജിയുടെ പുരോഗതിയും. എന്തായാലും ടെറാഹെർട്സ് ആൻ്റിനകളുടെ വികസനത്തിന് നൂതനമായ സാമഗ്രികൾ, കൃത്യമായ പ്രോസസ്സിംഗ് ടെക്നോളജി, ടെറാഹെർട്സ് ആൻ്റിനകളുടെ ഉയർന്ന ലാഭം, കുറഞ്ഞ ചിലവ്, വിശാലമായ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് ആവശ്യകതകൾ എന്നിവ നിറവേറ്റുന്നതിന് നവീനമായ ഡിസൈൻ ഘടനകൾ ആവശ്യമാണ്.
മൂന്ന് തരം ടെറാഹെർട്സ് ആൻ്റിനകളുടെ അടിസ്ഥാന തത്വങ്ങൾ ചുവടെ അവതരിപ്പിക്കുന്നു: മെറ്റൽ ആൻ്റിനകൾ, വൈദ്യുത ആൻ്റിനകൾ, പുതിയ മെറ്റീരിയൽ ആൻ്റിനകൾ, കൂടാതെ അവയുടെ വ്യത്യാസങ്ങളും ഗുണങ്ങളും ദോഷങ്ങളും വിശകലനം ചെയ്യുന്നു.
1. മെറ്റൽ ആൻ്റിന: ജ്യാമിതി ലളിതവും പ്രോസസ്സ് ചെയ്യാൻ എളുപ്പവുമാണ്, താരതമ്യേന കുറഞ്ഞ ചിലവ്, സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റ് മെറ്റീരിയലുകൾക്ക് കുറഞ്ഞ ആവശ്യകതകൾ. എന്നിരുന്നാലും, ലോഹ ആൻ്റിനകൾ ആൻ്റിനയുടെ സ്ഥാനം ക്രമീകരിക്കുന്നതിന് ഒരു മെക്കാനിക്കൽ രീതി ഉപയോഗിക്കുന്നു, ഇത് പിശകുകൾക്ക് സാധ്യതയുണ്ട്. ക്രമീകരണം ശരിയല്ലെങ്കിൽ, ആൻ്റിനയുടെ പ്രകടനം വളരെ കുറയും. മെറ്റൽ ആൻ്റിന വലിപ്പത്തിൽ ചെറുതാണെങ്കിലും, ഒരു പ്ലാനർ സർക്യൂട്ട് ഉപയോഗിച്ച് കൂട്ടിച്ചേർക്കാൻ പ്രയാസമാണ്.
2. വൈദ്യുത ആൻ്റിന: വൈദ്യുത ആൻ്റിനയ്ക്ക് കുറഞ്ഞ ഇൻപുട്ട് ഇംപെഡൻസ് ഉണ്ട്, കുറഞ്ഞ ഇംപെഡൻസ് ഡിറ്റക്ടറുമായി പൊരുത്തപ്പെടാൻ എളുപ്പമാണ്, കൂടാതെ ഒരു പ്ലാനർ സർക്യൂട്ടുമായി ബന്ധിപ്പിക്കുന്നത് താരതമ്യേന ലളിതവുമാണ്. വൈദ്യുത ആൻ്റിനകളുടെ ജ്യാമിതീയ രൂപങ്ങളിൽ ബട്ടർഫ്ലൈ ആകൃതി, ഇരട്ട യു ആകൃതി, പരമ്പരാഗത ലോഗരിഥമിക് ആകൃതി, ലോഗരിഥമിക് ആനുകാലിക സൈൻ ആകൃതി എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, വൈദ്യുത ആൻ്റിനകൾക്ക് മാരകമായ ഒരു പിഴവുമുണ്ട്, അതായത് കട്ടിയുള്ള അടിവസ്ത്രം മൂലമുണ്ടാകുന്ന ഉപരിതല തരംഗ പ്രഭാവം. ഒരു ലെൻസ് ലോഡുചെയ്‌ത് വൈദ്യുത സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിനെ ഒരു ഇബിജി ഘടന ഉപയോഗിച്ച് മാറ്റിസ്ഥാപിക്കുക എന്നതാണ് പരിഹാരം. രണ്ട് സൊല്യൂഷനുകൾക്കും പ്രോസസ് ടെക്നോളജിയുടെയും മെറ്റീരിയലുകളുടെയും നവീകരണവും തുടർച്ചയായ മെച്ചപ്പെടുത്തലും ആവശ്യമാണ്, എന്നാൽ അവയുടെ മികച്ച പ്രകടനത്തിന് (ഓമ്നിഡയറക്ഷണലിറ്റി, ഉപരിതല തരംഗ സപ്രഷൻ പോലുള്ളവ) ടെറാഹെർട്സ് ആൻ്റിനകളുടെ ഗവേഷണത്തിന് പുതിയ ആശയങ്ങൾ നൽകാൻ കഴിയും.
3. പുതിയ മെറ്റീരിയൽ ആൻ്റിനകൾ: നിലവിൽ, കാർബൺ നാനോട്യൂബുകൾ കൊണ്ട് നിർമ്മിച്ച പുതിയ ദ്വിധ്രുവ ആൻ്റിനകളും മെറ്റാ മെറ്റീരിയലുകൾ കൊണ്ട് നിർമ്മിച്ച പുതിയ ആൻ്റിന ഘടനകളും പ്രത്യക്ഷപ്പെട്ടു. പുതിയ മെറ്റീരിയലുകൾക്ക് പുതിയ പ്രകടന മുന്നേറ്റങ്ങൾ കൊണ്ടുവരാൻ കഴിയും, എന്നാൽ മെറ്റീരിയൽ സയൻസിൻ്റെ നവീകരണമാണ് ആമുഖം. നിലവിൽ, പുതിയ മെറ്റീരിയൽ ആൻ്റിനകളെക്കുറിച്ചുള്ള ഗവേഷണം ഇപ്പോഴും പര്യവേക്ഷണ ഘട്ടത്തിലാണ്, കൂടാതെ പല പ്രധാന സാങ്കേതികവിദ്യകളും വേണ്ടത്ര പക്വത പ്രാപിച്ചിട്ടില്ല.
ചുരുക്കത്തിൽ, ഡിസൈൻ ആവശ്യകതകൾ അനുസരിച്ച് വ്യത്യസ്ത തരം ടെറാഹെർട്സ് ആൻ്റിനകൾ തിരഞ്ഞെടുക്കാം:
1) ലളിതമായ രൂപകൽപ്പനയും കുറഞ്ഞ ഉൽപാദനച്ചെലവും ആവശ്യമാണെങ്കിൽ, മെറ്റൽ ആൻ്റിനകൾ തിരഞ്ഞെടുക്കാം.
2) ഉയർന്ന സംയോജനവും കുറഞ്ഞ ഇൻപുട്ട് ഇംപെഡൻസും ആവശ്യമാണെങ്കിൽ, വൈദ്യുത ആൻ്റിനകൾ തിരഞ്ഞെടുക്കാം.
3) പ്രകടനത്തിൽ ഒരു മുന്നേറ്റം ആവശ്യമാണെങ്കിൽ, പുതിയ മെറ്റീരിയൽ ആൻ്റിനകൾ തിരഞ്ഞെടുക്കാവുന്നതാണ്.
മുകളിലുള്ള ഡിസൈനുകൾ നിർദ്ദിഷ്ട ആവശ്യകതകൾക്കനുസരിച്ച് ക്രമീകരിക്കാനും കഴിയും. ഉദാഹരണത്തിന്, രണ്ട് തരം ആൻ്റിനകൾ സംയോജിപ്പിച്ച് കൂടുതൽ നേട്ടങ്ങൾ നേടാനാകും, എന്നാൽ അസംബ്ലി രീതിയും ഡിസൈൻ സാങ്കേതികവിദ്യയും കൂടുതൽ കർശനമായ ആവശ്യകതകൾ പാലിക്കണം.
ആൻ്റിനകളെക്കുറിച്ച് കൂടുതലറിയാൻ, ദയവായി സന്ദർശിക്കുക:
പോസ്റ്റ് സമയം: ഓഗസ്റ്റ്-02-2024
