വയർലെസ് ഉപകരണങ്ങളുടെ വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന ജനപ്രീതിയോടെ, ഡാറ്റ സേവനങ്ങൾ ദ്രുതഗതിയിലുള്ള വികസനത്തിന്റെ ഒരു പുതിയ കാലഘട്ടത്തിലേക്ക് പ്രവേശിച്ചു, ഇത് ഡാറ്റ സേവനങ്ങളുടെ സ്ഫോടനാത്മകമായ വളർച്ച എന്നും അറിയപ്പെടുന്നു. നിലവിൽ, ധാരാളം ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ കമ്പ്യൂട്ടറുകളിൽ നിന്ന് മൊബൈൽ ഫോണുകൾ പോലുള്ള വയർലെസ് ഉപകരണങ്ങളിലേക്ക് ക്രമേണ മാറിക്കൊണ്ടിരിക്കുന്നു, അവ തത്സമയം കൊണ്ടുപോകാനും പ്രവർത്തിക്കാനും എളുപ്പമാണ്, 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 ഡാറ്റ നിരക്കിൽ എത്തിയിരിക്കുന്നു, അതേസമയം Tbps ഡാറ്റ നിരക്ക് ഇപ്പോഴും വികസനത്തിന്റെ പ്രാരംഭ ഘട്ടത്തിലാണ്. THz ബാൻഡിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കി Gbps ഡാറ്റ നിരക്കുകളിലെ ഏറ്റവും പുതിയ പുരോഗതി ഒരു അനുബന്ധ പ്രബന്ധം പട്ടികപ്പെടുത്തുകയും പോളറൈസേഷൻ മൾട്ടിപ്ലക്‌സിംഗ് വഴി Tbps ലഭിക്കുമെന്ന് പ്രവചിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. അതിനാൽ, ഡാറ്റാ ട്രാൻസ്മിഷൻ നിരക്ക് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന്, ഒരു സാധ്യമായ പരിഹാരം ഒരു പുതിയ ഫ്രീക്വൻസി ബാൻഡ് വികസിപ്പിക്കുക എന്നതാണ്, അത് ടെറാഹെർട്സ് ബാൻഡ് ആണ്, ഇത് മൈക്രോവേവുകൾക്കും ഇൻഫ്രാറെഡ് ലൈറ്റിനും ഇടയിലുള്ള "ശൂന്യമായ പ്രദേശം" ആണ്. 2019-ൽ നടന്ന ITU വേൾഡ് റേഡിയോകമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ കോൺഫറൻസിൽ (WRC-19), സ്ഥിര, ലാൻഡ് മൊബൈൽ സേവനങ്ങൾക്കായി 275-450GHz ഫ്രീക്വൻസി ശ്രേണി ഉപയോഗിച്ചിട്ടുണ്ട്. ടെറാഹെർട്സ് വയർലെസ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സംവിധാനങ്ങൾ നിരവധി ഗവേഷകരുടെ ശ്രദ്ധ ആകർഷിച്ചിട്ടുണ്ടെന്ന് കാണാൻ കഴിയും.
ടെറാഹെർട്സ് വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗങ്ങളെ സാധാരണയായി 0.03-3 മില്ലീമീറ്റർ തരംഗദൈർഘ്യമുള്ള 0.1-10THz (1THz=1012Hz) ഫ്രീക്വൻസി ബാൻഡ് എന്നാണ് നിർവചിച്ചിരിക്കുന്നത്. IEEE സ്റ്റാൻഡേർഡ് അനുസരിച്ച്, ടെറാഹെർട്സ് തരംഗങ്ങളെ 0.3-10THz എന്ന് നിർവചിച്ചിരിക്കുന്നു. ടെറാഹെർട്സ് ഫ്രീക്വൻസി ബാൻഡ് മൈക്രോവേവുകൾക്കും ഇൻഫ്രാറെഡ് ലൈറ്റിനും ഇടയിലാണെന്ന് ചിത്രം 1 കാണിക്കുന്നു.
ചിത്രം 1 THz ഫ്രീക്വൻസി ബാൻഡിന്റെ സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രം.
ടെറാഹെർട്സ് ആന്റിനകളുടെ വികസനം
ടെറാഹെർട്സ് ഗവേഷണം 19-ാം നൂറ്റാണ്ടിൽ ആരംഭിച്ചെങ്കിലും, അക്കാലത്ത് അത് ഒരു സ്വതന്ത്ര മേഖലയായി പഠിച്ചിരുന്നില്ല. ടെറാഹെർട്സ് വികിരണത്തെക്കുറിച്ചുള്ള ഗവേഷണം പ്രധാനമായും ഫാർ-ഇൻഫ്രാറെഡ് ബാൻഡിലായിരുന്നു കേന്ദ്രീകരിച്ചിരുന്നത്. 20-ാം നൂറ്റാണ്ടിന്റെ മധ്യം മുതൽ അവസാനം വരെ മാത്രമാണ് ഗവേഷകർ മില്ലിമീറ്റർ തരംഗ ഗവേഷണം ടെറാഹെർട്സ് ബാൻഡിലേക്ക് വികസിപ്പിക്കാനും പ്രത്യേക ടെറാഹെർട്സ് സാങ്കേതികവിദ്യ ഗവേഷണം നടത്താനും തുടങ്ങിയത്.
1980-കളിൽ, ടെറാഹെർട്സ് വികിരണ സ്രോതസ്സുകളുടെ ആവിർഭാവത്തോടെ പ്രായോഗിക സംവിധാനങ്ങളിൽ ടെറാഹെർട്സ് തരംഗങ്ങളുടെ പ്രയോഗം സാധ്യമായി. 21-ാം നൂറ്റാണ്ട് മുതൽ, വയർലെസ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യ അതിവേഗം വികസിച്ചു, കൂടാതെ വിവരങ്ങളോടുള്ള ആളുകളുടെ ആവശ്യവും ആശയവിനിമയ ഉപകരണങ്ങളുടെ വർദ്ധനവും ആശയവിനിമയ ഡാറ്റയുടെ പ്രക്ഷേപണ നിരക്കിൽ കൂടുതൽ കർശനമായ ആവശ്യകതകൾ മുന്നോട്ടുവച്ചു. അതിനാൽ, ഭാവിയിലെ ആശയവിനിമയ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ വെല്ലുവിളികളിലൊന്ന് ഒരു സ്ഥലത്ത് സെക്കൻഡിൽ ഗിഗാബൈറ്റ് എന്ന ഉയർന്ന ഡാറ്റാ നിരക്കിൽ പ്രവർത്തിക്കുക എന്നതാണ്. നിലവിലെ സാമ്പത്തിക വികസനത്തിൽ, സ്പെക്ട്രം വിഭവങ്ങൾ കൂടുതൽ ദുർലഭമായിരിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ആശയവിനിമയ ശേഷിക്കും വേഗതയ്ക്കുമുള്ള മനുഷ്യന്റെ ആവശ്യകതകൾ അനന്തമാണ്. സ്പെക്ട്രം തിരക്കിന്റെ പ്രശ്നത്തിന്, സ്പേഷ്യൽ മൾട്ടിപ്ലക്സിംഗിലൂടെ സ്പെക്ട്രം കാര്യക്ഷമതയും സിസ്റ്റം ശേഷിയും മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന് പല കമ്പനികളും മൾട്ടിപ്പിൾ-ഇൻപുട്ട് മൾട്ടിപ്പിൾ-ഔട്ട്പുട്ട് (MIMO) സാങ്കേതികവിദ്യ ഉപയോഗിക്കുന്നു. 5G നെറ്റ്‌വർക്കുകളുടെ പുരോഗതിയോടെ, ഓരോ ഉപയോക്താവിന്റെയും ഡാറ്റ കണക്ഷൻ വേഗത Gbps കവിയുകയും ബേസ് സ്റ്റേഷനുകളുടെ ഡാറ്റ ട്രാഫിക്കും ഗണ്യമായി വർദ്ധിക്കുകയും ചെയ്യും. പരമ്പരാഗത മില്ലിമീറ്റർ വേവ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റങ്ങൾക്ക്, മൈക്രോവേവ് ലിങ്കുകൾക്ക് ഈ വലിയ ഡാറ്റ സ്ട്രീമുകൾ കൈകാര്യം ചെയ്യാൻ കഴിയില്ല. കൂടാതെ, കാഴ്ച രേഖയുടെ സ്വാധീനം കാരണം, ഇൻഫ്രാറെഡ് ആശയവിനിമയത്തിന്റെ പ്രക്ഷേപണ ദൂരം കുറവായതിനാൽ അതിന്റെ ആശയവിനിമയ ഉപകരണങ്ങളുടെ സ്ഥാനം സ്ഥിരമാണ്. അതിനാൽ, മൈക്രോവേവുകൾക്കും ഇൻഫ്രാറെഡുകൾക്കും ഇടയിലുള്ള THz തരംഗങ്ങൾ, THz ലിങ്കുകൾ ഉപയോഗിച്ച് അതിവേഗ ആശയവിനിമയ സംവിധാനങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിനും ഡാറ്റാ ട്രാൻസ്മിഷൻ നിരക്കുകൾ വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനും ഉപയോഗിക്കാം.
ടെറാഹെർട്സ് തരംഗങ്ങൾക്ക് വിശാലമായ ആശയവിനിമയ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് നൽകാൻ കഴിയും, കൂടാതെ അതിന്റെ ഫ്രീക്വൻസി ശ്രേണി മൊബൈൽ ആശയവിനിമയങ്ങളേക്കാൾ ഏകദേശം 1000 മടങ്ങ് കൂടുതലാണ്. അതിനാൽ, അൾട്രാ-ഹൈ-സ്പീഡ് വയർലെസ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റങ്ങൾ നിർമ്മിക്കാൻ THz ഉപയോഗിക്കുന്നത് ഉയർന്ന ഡാറ്റാ നിരക്കുകളുടെ വെല്ലുവിളിക്ക് ഒരു വാഗ്ദാനമായ പരിഹാരമാണ്, ഇത് നിരവധി ഗവേഷണ സംഘങ്ങളുടെയും വ്യവസായങ്ങളുടെയും താൽപ്പര്യം ആകർഷിച്ചു. 2017 സെപ്റ്റംബറിൽ, ആദ്യത്തെ THz വയർലെസ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സ്റ്റാൻഡേർഡ് IEEE 802.15.3d-2017 പുറത്തിറങ്ങി, ഇത് 252-325 GHz ന്റെ താഴ്ന്ന THz ഫ്രീക്വൻസി ശ്രേണിയിൽ പോയിന്റ്-ടു-പോയിന്റ് ഡാറ്റാ എക്സ്ചേഞ്ചിനെ നിർവചിക്കുന്നു. ലിങ്കിന്റെ ഇതര ഭൗതിക പാളി (PHY) വ്യത്യസ്ത ബാൻഡ്‌വിഡ്‌ത്തുകളിൽ 100 Gbps വരെ ഡാറ്റാ നിരക്കുകൾ നേടാൻ കഴിയും.
0.12 THz ന്റെ ആദ്യത്തെ വിജയകരമായ THz ആശയവിനിമയ സംവിധാനം 2004 ൽ സ്ഥാപിതമായി, 0.3 THz ന്റെ THz ആശയവിനിമയ സംവിധാനം 2013 ൽ യാഥാർത്ഥ്യമായി. 2004 മുതൽ 2013 വരെയുള്ള ജപ്പാനിലെ ടെറാഹെർട്സ് ആശയവിനിമയ സംവിധാനങ്ങളുടെ ഗവേഷണ പുരോഗതി പട്ടിക 1 ൽ പട്ടികപ്പെടുത്തിയിട്ടുണ്ട്.
പട്ടിക 1 2004 മുതൽ 2013 വരെയുള്ള ജപ്പാനിലെ ടെറാഹെർട്സ് ആശയവിനിമയ സംവിധാനങ്ങളുടെ ഗവേഷണ പുരോഗതി
2004-ൽ വികസിപ്പിച്ചെടുത്ത ഒരു ആശയവിനിമയ സംവിധാനത്തിന്റെ ആന്റിന ഘടനയെക്കുറിച്ച് നിപ്പോൺ ടെലിഗ്രാഫ് ആൻഡ് ടെലിഫോൺ കോർപ്പറേഷൻ (എൻ‌ടി‌ടി) 2005-ൽ വിശദമായി വിവരിച്ചു. ചിത്രം 2-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ആന്റിന കോൺഫിഗറേഷൻ രണ്ട് കേസുകളിൽ അവതരിപ്പിച്ചു.
ചിത്രം 2 ജപ്പാനിലെ NTT 120 GHz വയർലെസ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റത്തിന്റെ സ്കീമാറ്റിക് ഡയഗ്രം
ഈ സിസ്റ്റം ഫോട്ടോഇലക്ട്രിക് പരിവർത്തനവും ആന്റിനയും സംയോജിപ്പിക്കുകയും രണ്ട് പ്രവർത്തന രീതികൾ സ്വീകരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു:
1. ഒരു ക്ലോസ്-റേഞ്ച് ഇൻഡോർ പരിതസ്ഥിതിയിൽ, ഇൻഡോറിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന പ്ലാനർ ആന്റിന ട്രാൻസ്മിറ്ററിൽ ചിത്രം 2(a) ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ ഒരു സിംഗിൾ-ലൈൻ കാരിയർ ഫോട്ടോഡയോഡ് (UTC-PD) ചിപ്പ്, ഒരു പ്ലാനർ സ്ലോട്ട് ആന്റിന, ഒരു സിലിക്കൺ ലെൻസ് എന്നിവ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു.
2. ദീർഘദൂര ഔട്ട്ഡോർ പരിതസ്ഥിതിയിൽ, വലിയ ട്രാൻസ്മിഷൻ നഷ്ടത്തിന്റെയും ഡിറ്റക്ടറിന്റെ കുറഞ്ഞ സെൻസിറ്റിവിറ്റിയുടെയും സ്വാധീനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന്, ട്രാൻസ്മിറ്റർ ആന്റിനയ്ക്ക് ഉയർന്ന ഗെയിൻ ഉണ്ടായിരിക്കണം. നിലവിലുള്ള ടെറാഹെർട്സ് ആന്റിന 50 dBi-യിൽ കൂടുതൽ ഗെയിൻ ഉള്ള ഒരു ഗാസിയൻ ഒപ്റ്റിക്കൽ ലെൻസ് ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഫീഡ് ഹോൺ, ഡൈഇലക്ട്രിക് ലെൻസ് സംയോജനം ചിത്രം 2(b)-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു.
0.12 THz കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റം വികസിപ്പിക്കുന്നതിനു പുറമേ, 2012-ൽ NTT ഒരു 0.3THz കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റവും വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു. തുടർച്ചയായ ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ വഴി, ട്രാൻസ്മിഷൻ നിരക്ക് 100Gbps വരെ ഉയരും. പട്ടിക 1-ൽ നിന്ന് കാണാൻ കഴിയുന്നതുപോലെ, ടെറാഹെർട്സ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷന്റെ വികസനത്തിന് ഇത് വലിയ സംഭാവന നൽകിയിട്ടുണ്ട്. എന്നിരുന്നാലും, നിലവിലെ ഗവേഷണ പ്രവർത്തനങ്ങൾക്ക് കുറഞ്ഞ പ്രവർത്തന ആവൃത്തി, വലിയ വലിപ്പം, ഉയർന്ന ചെലവ് എന്നിവയുടെ ദോഷങ്ങളുണ്ട്.
നിലവിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന മിക്ക ടെറാഹെർട്സ് ആന്റിനകളും മില്ലിമീറ്റർ വേവ് ആന്റിനകളിൽ നിന്ന് പരിഷ്കരിച്ചവയാണ്, കൂടാതെ ടെറാഹെർട്സ് ആന്റിനകളിൽ നവീകരണം വളരെ കുറവാണ്. അതിനാൽ, ടെറാഹെർട്സ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റങ്ങളുടെ പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിന്, ഒരു പ്രധാന കടമ ടെറാഹെർട്സ് ആന്റിനകൾ ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്യുക എന്നതാണ്. ജർമ്മൻ THz ആശയവിനിമയത്തിന്റെ ഗവേഷണ പുരോഗതി പട്ടിക 2 പട്ടികപ്പെടുത്തുന്നു. ഫോട്ടോണിക്സും ഇലക്ട്രോണിക്സും സംയോജിപ്പിക്കുന്ന ഒരു പ്രതിനിധി THz വയർലെസ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റം ചിത്രം 3 (എ) കാണിക്കുന്നു. ചിത്രം 3 (ബി) വിൻഡ് ടണൽ പരീക്ഷണ രംഗം കാണിക്കുന്നു. ജർമ്മനിയിലെ നിലവിലെ ഗവേഷണ സാഹചര്യത്തിൽ നിന്ന് വിലയിരുത്തുമ്പോൾ, അതിന്റെ ഗവേഷണത്തിനും വികസനത്തിനും കുറഞ്ഞ പ്രവർത്തന ആവൃത്തി, ഉയർന്ന ചെലവ്, കുറഞ്ഞ കാര്യക്ഷമത തുടങ്ങിയ ദോഷങ്ങളുമുണ്ട്.
പട്ടിക 2 ജർമ്മനിയിലെ THz ആശയവിനിമയത്തിന്റെ ഗവേഷണ പുരോഗതി
ചിത്രം 3 വിൻഡ് ടണൽ പരീക്ഷണ രംഗം
THz ഇൻഡോർ വയർലെസ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റങ്ങളെക്കുറിച്ചും CSIRO ICT സെന്റർ ഗവേഷണം ആരംഭിച്ചിട്ടുണ്ട്. ചിത്രം 4-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, വർഷവും ആശയവിനിമയ ആവൃത്തിയും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം കേന്ദ്രം പഠിച്ചു. ചിത്രം 4-ൽ നിന്ന് കാണാൻ കഴിയുന്നതുപോലെ, 2020 ആകുമ്പോഴേക്കും വയർലെസ് ആശയവിനിമയങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള ഗവേഷണം THz ബാൻഡിലേക്ക് പ്രവണത കാണിക്കുന്നു. റേഡിയോ സ്പെക്ട്രം ഉപയോഗിച്ചുള്ള പരമാവധി ആശയവിനിമയ ആവൃത്തി ഓരോ ഇരുപത് വർഷത്തിലും ഏകദേശം പത്ത് മടങ്ങ് വർദ്ധിക്കുന്നു. THz ആന്റിനകളുടെയും THz ആശയവിനിമയ സംവിധാനങ്ങൾക്കുള്ള ഹോണുകൾ, ലെൻസുകൾ തുടങ്ങിയ പരമ്പരാഗത ആന്റിനകളുടെയും ആവശ്യകതകളെക്കുറിച്ച് കേന്ദ്രം ശുപാർശകൾ നൽകിയിട്ടുണ്ട്. ചിത്രം 5-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, രണ്ട് ഹോൺ ആന്റിനകൾ യഥാക്രമം 0.84THz, 1.7THz എന്നിവയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു, ലളിതമായ ഘടനയും നല്ല ഗൗസിയൻ ബീം പ്രകടനവും.
ചിത്രം 4 വർഷവും ആവൃത്തിയും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം
ആർഎം-ബിഡിഎച്ച്എ818-20എ
ആർഎം-ഡിസിപിഎച്ച്എ105145-20
ചിത്രം 5 രണ്ട് തരം ഹോൺ ആന്റിനകൾ
ടെറാഹെർട്സ് തരംഗങ്ങളുടെ ഉദ്‌വമനത്തെയും കണ്ടെത്തലിനെയും കുറിച്ച് അമേരിക്ക വിപുലമായ ഗവേഷണം നടത്തിയിട്ടുണ്ട്. ജെറ്റ് പ്രൊപ്പൽഷൻ ലബോറട്ടറി (ജെപിഎൽ), സ്റ്റാൻഫോർഡ് ലീനിയർ ആക്സിലറേറ്റർ സെന്റർ (എസ്എൽഎസി), യുഎസ് നാഷണൽ ലബോറട്ടറി (എൽഎൽഎൻഎൽ), നാഷണൽ എയറോനോട്ടിക്സ് ആൻഡ് സ്പേസ് അഡ്മിനിസ്ട്രേഷൻ (നാസ), നാഷണൽ സയൻസ് ഫൗണ്ടേഷൻ (എൻഎസ്എഫ്) തുടങ്ങിയവ പ്രശസ്തമായ ടെറാഹെർട്സ് ഗവേഷണ ലബോറട്ടറികളിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു. ബോട്ടി ആന്റിനകൾ, ഫ്രീക്വൻസി ബീം സ്റ്റിയറിംഗ് ആന്റിനകൾ എന്നിവ പോലുള്ള ടെറാഹെർട്സ് ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കായി പുതിയ ടെറാഹെർട്സ് ആന്റിനകൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്തിട്ടുണ്ട്. ടെറാഹെർട്സ് ആന്റിനകളുടെ വികസനം അനുസരിച്ച്, ചിത്രം 6 ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, നിലവിൽ ടെറാഹെർട്സ് ആന്റിനകൾക്കായി മൂന്ന് അടിസ്ഥാന ഡിസൈൻ ആശയങ്ങൾ നമുക്ക് ലഭിക്കും.
ചിത്രം 6 ടെറാഹെർട്സ് ആന്റിനകൾക്കായുള്ള മൂന്ന് അടിസ്ഥാന ഡിസൈൻ ആശയങ്ങൾ
മുകളിൽ പറഞ്ഞ വിശകലനം കാണിക്കുന്നത് പല രാജ്യങ്ങളും ടെറാഹെർട്സ് ആന്റിനകളിൽ വലിയ ശ്രദ്ധ ചെലുത്തിയിട്ടുണ്ടെങ്കിലും, അത് ഇപ്പോഴും പ്രാരംഭ പര്യവേക്ഷണത്തിലും വികസന ഘട്ടത്തിലുമാണ്. ഉയർന്ന പ്രചാരണ നഷ്ടവും തന്മാത്രാ ആഗിരണവും കാരണം, THz ആന്റിനകൾ സാധാരണയായി പ്രക്ഷേപണ ദൂരവും കവറേജും കൊണ്ട് പരിമിതപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്നു. ചില പഠനങ്ങൾ THz ബാൻഡിലെ താഴ്ന്ന ഓപ്പറേറ്റിംഗ് ഫ്രീക്വൻസികളിൽ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നു. നിലവിലുള്ള ടെറാഹെർട്സ് ആന്റിന ഗവേഷണം പ്രധാനമായും ഡൈഇലക്ട്രിക് ലെൻസ് ആന്റിനകൾ മുതലായവ ഉപയോഗിച്ച് നേട്ടം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിലും ഉചിതമായ അൽഗോരിതങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് ആശയവിനിമയ കാര്യക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിലും ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കുന്നു. കൂടാതെ, ടെറാഹെർട്സ് ആന്റിന പാക്കേജിംഗിന്റെ കാര്യക്ഷമത എങ്ങനെ മെച്ചപ്പെടുത്താം എന്നതും വളരെ അടിയന്തിരമായ ഒരു പ്രശ്നമാണ്.
പൊതുവായ THz ആന്റിനകൾ
നിരവധി തരം THz ആന്റിനകൾ ലഭ്യമാണ്: കോണാകൃതിയിലുള്ള അറകളുള്ള ദ്വിധ്രുവ ആന്റിനകൾ, കോർണർ റിഫ്ലക്ടർ അറേകൾ, ബോടൈ ദ്വിധ്രുവങ്ങൾ, ഡൈഇലക്ട്രിക് ലെൻസ് പ്ലാനർ ആന്റിനകൾ, THz ഉറവിട വികിരണ സ്രോതസ്സുകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനുള്ള ഫോട്ടോകണ്ടക്റ്റീവ് ആന്റിനകൾ, ഹോൺ ആന്റിനകൾ, ഗ്രാഫീൻ വസ്തുക്കളെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള THz ആന്റിനകൾ മുതലായവ. THz ആന്റിനകൾ നിർമ്മിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന വസ്തുക്കൾ അനുസരിച്ച്, അവയെ ലോഹ ആന്റിനകൾ (പ്രധാനമായും ഹോൺ ആന്റിനകൾ), ഡൈഇലക്ട്രിക് ആന്റിനകൾ (ലെൻസ് ആന്റിനകൾ), പുതിയ മെറ്റീരിയൽ ആന്റിനകൾ എന്നിങ്ങനെ ഏകദേശം വിഭജിക്കാം. ഈ വിഭാഗം ആദ്യം ഈ ആന്റിനകളുടെ പ്രാഥമിക വിശകലനം നൽകുന്നു, തുടർന്ന് അടുത്ത വിഭാഗത്തിൽ, അഞ്ച് സാധാരണ THz ആന്റിനകളെ വിശദമായി പരിചയപ്പെടുത്തുകയും ആഴത്തിൽ വിശകലനം ചെയ്യുകയും ചെയ്യുന്നു.
1. മെറ്റൽ ആന്റിനകൾ
ഹോൺ ആന്റിന എന്നത് THz ബാൻഡിൽ പ്രവർത്തിക്കാൻ രൂപകൽപ്പന ചെയ്തിട്ടുള്ള ഒരു സാധാരണ ലോഹ ആന്റിനയാണ്. ഒരു ക്ലാസിക് മില്ലിമീറ്റർ വേവ് റിസീവറിന്റെ ആന്റിന ഒരു കോണാകൃതിയിലുള്ള ഹോൺ ആണ്. കോറഗേറ്റഡ്, ഡ്യുവൽ-മോഡ് ആന്റിനകൾക്ക് നിരവധി ഗുണങ്ങളുണ്ട്, ഭ്രമണപരമായി സമമിതി വികിരണ പാറ്റേണുകൾ, 20 മുതൽ 30 dBi വരെ ഉയർന്ന നേട്ടം, -30 dB യുടെ കുറഞ്ഞ ക്രോസ്-പോളറൈസേഷൻ ലെവൽ, 97% മുതൽ 98% വരെ കപ്ലിംഗ് കാര്യക്ഷമത എന്നിവ ഇതിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു. രണ്ട് ഹോൺ ആന്റിനകളുടെയും ലഭ്യമായ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് യഥാക്രമം 30%-40% ഉം 6%-8% ഉം ആണ്.
ടെറാഹെർട്സ് തരംഗങ്ങളുടെ ആവൃത്തി വളരെ കൂടുതലായതിനാൽ, ഹോൺ ആന്റിനയുടെ വലിപ്പം വളരെ ചെറുതാണ്, ഇത് ഹോണിന്റെ പ്രോസസ്സിംഗ് വളരെ ബുദ്ധിമുട്ടാക്കുന്നു, പ്രത്യേകിച്ച് ആന്റിന അറേകളുടെ രൂപകൽപ്പനയിൽ, പ്രോസസ്സിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ സങ്കീർണ്ണത അമിത ചെലവിലേക്കും പരിമിതമായ ഉൽ‌പാദനത്തിലേക്കും നയിക്കുന്നു. സങ്കീർണ്ണമായ ഹോൺ രൂപകൽപ്പനയുടെ അടിഭാഗം നിർമ്മിക്കുന്നതിലെ ബുദ്ധിമുട്ട് കാരണം, ഒരു കോണാകൃതിയിലുള്ള അല്ലെങ്കിൽ കോണാകൃതിയിലുള്ള ഹോൺ രൂപത്തിലുള്ള ഒരു ലളിതമായ ഹോൺ ആന്റിന സാധാരണയായി ഉപയോഗിക്കുന്നു, ഇത് ചെലവ് കുറയ്ക്കുകയും പ്രോസസ്സ് സങ്കീർണ്ണത കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്യും, കൂടാതെ ആന്റിനയുടെ റേഡിയേഷൻ പ്രകടനം നന്നായി നിലനിർത്താനും കഴിയും.
മറ്റൊരു ലോഹ ആന്റിന ഒരു ട്രാവലിംഗ് വേവ് പിരമിഡ് ആന്റിനയാണ്, ചിത്രം 7-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, 1.2 മൈക്രോൺ ഡൈഇലക്ട്രിക് ഫിലിമിൽ സംയോജിപ്പിച്ച് ഒരു സിലിക്കൺ വേഫറിൽ കൊത്തിയെടുത്ത ഒരു രേഖാംശ അറയിൽ സസ്പെൻഡ് ചെയ്ത ഒരു ട്രാവലിംഗ് വേവ് ആന്റിന ഇതിൽ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. ഈ ആന്റിന ഷോട്ട്കി ഡയോഡുകളുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്ന ഒരു തുറന്ന ഘടനയാണ്. താരതമ്യേന ലളിതമായ ഘടനയും കുറഞ്ഞ നിർമ്മാണ ആവശ്യകതകളും കാരണം, ഇത് സാധാരണയായി 0.6 THz-ന് മുകളിലുള്ള ഫ്രീക്വൻസി ബാൻഡുകളിൽ ഉപയോഗിക്കാം. എന്നിരുന്നാലും, ആന്റിനയുടെ സൈഡ്‌ലോബ് ലെവലും ക്രോസ്-പോളറൈസേഷൻ ലെവലും ഉയർന്നതാണ്, ഒരുപക്ഷേ അതിന്റെ തുറന്ന ഘടന മൂലമാകാം. അതിനാൽ, അതിന്റെ കപ്ലിംഗ് കാര്യക്ഷമത താരതമ്യേന കുറവാണ് (ഏകദേശം 50%).
ചിത്രം 7 ട്രാവലിംഗ് വേവ് പിരമിഡൽ ആന്റിന
2. ഡൈലെക്ട്രിക് ആന്റിന
ഡൈഇലക്ട്രിക്കൽ ആന്റിന ഒരു ഡൈഇലക്ട്രിക്കൽ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിന്റെയും ആന്റിന റേഡിയേറ്ററിന്റെയും സംയോജനമാണ്. ശരിയായ രൂപകൽപ്പനയിലൂടെ, ഡൈഇലക്ട്രിക്കൽ ആന്റിനയ്ക്ക് ഡിറ്റക്ടറുമായി ഇം‌പെഡൻസ് പൊരുത്തപ്പെടുത്തൽ നേടാൻ കഴിയും, കൂടാതെ ലളിതമായ പ്രക്രിയ, എളുപ്പത്തിലുള്ള സംയോജനം, കുറഞ്ഞ ചെലവ് എന്നിവയുടെ ഗുണങ്ങളുമുണ്ട്. സമീപ വർഷങ്ങളിൽ, ടെറാഹെർട്സ് ഡൈഇലക്ട്രിക്കൽ ആന്റിനകളുടെ ലോ-ഇം‌പെഡൻസ് ഡിറ്റക്ടറുകളുമായി പൊരുത്തപ്പെടാൻ കഴിയുന്ന നിരവധി നാരോബാൻഡ്, ബ്രോഡ്‌ബാൻഡ് സൈഡ്-ഫയർ ആന്റിനകൾ ഗവേഷകർ രൂപകൽപ്പന ചെയ്തിട്ടുണ്ട്: ചിത്രം 8-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ ബട്ടർഫ്ലൈ ആന്റിന, ഇരട്ട യു-ആകൃതിയിലുള്ള ആന്റിന, ലോഗ്-പീരിയോഡിക് ആന്റിന, ലോഗ്-പീരിയോഡിക് സൈനസോയ്ഡൽ ആന്റിന. കൂടാതെ, ജനിതക അൽഗോരിതങ്ങൾ വഴി കൂടുതൽ സങ്കീർണ്ണമായ ആന്റിന ജ്യാമിതികൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്യാൻ കഴിയും.
ചിത്രം 8 നാല് തരം പ്ലാനർ ആന്റിനകൾ
എന്നിരുന്നാലും, ഡൈഇലക്ട്രിക്കൽ ആന്റിന ഒരു ഡൈഇലക്ട്രിക്കൽ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുമായി സംയോജിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നതിനാൽ, ആവൃത്തി THz ബാൻഡിലേക്ക് നീങ്ങുമ്പോൾ ഒരു ഉപരിതല തരംഗ പ്രഭാവം സംഭവിക്കും. ഈ മാരകമായ പോരായ്മ പ്രവർത്തന സമയത്ത് ആന്റിനയ്ക്ക് ധാരാളം ഊർജ്ജം നഷ്ടപ്പെടാൻ ഇടയാക്കുകയും ആന്റിന വികിരണ കാര്യക്ഷമതയിൽ ഗണ്യമായ കുറവുണ്ടാക്കുകയും ചെയ്യും. ചിത്രം 9-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ആന്റിന വികിരണ ആംഗിൾ കട്ട്ഓഫ് ആംഗിളിനേക്കാൾ കൂടുതലാകുമ്പോൾ, അതിന്റെ ഊർജ്ജം ഡൈഇലക്ട്രിക്കൽ സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റിൽ പരിമിതപ്പെടുത്തുകയും സബ്സ്ട്രേറ്റ് മോഡുമായി ബന്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു.
ചിത്രം 9 ആന്റിന ഉപരിതല തരംഗ പ്രഭാവം
അടിവസ്ത്രത്തിന്റെ കനം കൂടുന്നതിനനുസരിച്ച്, ഉയർന്ന ഓർഡർ മോഡുകളുടെ എണ്ണം വർദ്ധിക്കുകയും, ആന്റിനയും അടിവസ്ത്രവും തമ്മിലുള്ള കപ്ലിംഗ് വർദ്ധിക്കുകയും, ഊർജ്ജ നഷ്ടത്തിന് കാരണമാവുകയും ചെയ്യുന്നു. ഉപരിതല തരംഗ പ്രഭാവം ദുർബലപ്പെടുത്തുന്നതിന്, മൂന്ന് ഒപ്റ്റിമൈസേഷൻ സ്കീമുകൾ ഉണ്ട്:
1) വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗങ്ങളുടെ ബീംഫോമിംഗ് സവിശേഷതകൾ ഉപയോഗിച്ച് ഗെയിൻ വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന് ആന്റിനയിൽ ഒരു ലെൻസ് ലോഡ് ചെയ്യുക.
2) വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗങ്ങളുടെ ഉയർന്ന ഓർഡർ മോഡുകളുടെ ഉത്പാദനത്തെ അടിച്ചമർത്തുന്നതിന് അടിവസ്ത്രത്തിന്റെ കനം കുറയ്ക്കുക.
3) സബ്സ്ട്രേറ്റ് ഡൈഇലക്ട്രിക് മെറ്റീരിയൽ ഒരു ഇലക്ട്രോമാഗ്നറ്റിക് ബാൻഡ് ഗ്യാപ്പ് (EBG) ഉപയോഗിച്ച് മാറ്റിസ്ഥാപിക്കുക. EBG യുടെ സ്പേഷ്യൽ ഫിൽട്ടറിംഗ് സവിശേഷതകൾ ഉയർന്ന ഓർഡർ മോഡുകളെ അടിച്ചമർത്താൻ കഴിയും.
3. പുതിയ മെറ്റീരിയൽ ആന്റിനകൾ
മുകളിൽ പറഞ്ഞ രണ്ട് ആന്റിനകൾക്ക് പുറമേ, പുതിയ വസ്തുക്കളാൽ നിർമ്മിച്ച ഒരു ടെറാഹെർട്സ് ആന്റിനയും ഉണ്ട്. ഉദാഹരണത്തിന്, 2006-ൽ, ജിൻ ഹാവോ തുടങ്ങിയവർ ഒരു കാർബൺ നാനോട്യൂബ് ദ്വിധ്രുവ ആന്റിന നിർദ്ദേശിച്ചു. ചിത്രം 10 (എ) ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ലോഹ വസ്തുക്കൾക്ക് പകരം കാർബൺ നാനോട്യൂബുകൾ കൊണ്ടാണ് ദ്വിധ്രുവം നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്. കാർബൺ നാനോട്യൂബ് ദ്വിധ്രുവ ആന്റിനയുടെ ഇൻഫ്രാറെഡ്, ഒപ്റ്റിക്കൽ ഗുണങ്ങൾ അദ്ദേഹം ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം പഠിക്കുകയും ഇൻപുട്ട് ഇം‌പെഡൻസ്, കറന്റ് ഡിസ്ട്രിബ്യൂഷൻ, ഗെയിൻ, കാര്യക്ഷമത, റേഡിയേഷൻ പാറ്റേൺ തുടങ്ങിയ പരിമിത-ദൈർഘ്യമുള്ള കാർബൺ നാനോട്യൂബ് ദ്വിധ്രുവ ആന്റിനയുടെ പൊതു സവിശേഷതകൾ ചർച്ച ചെയ്യുകയും ചെയ്തു. കാർബൺ നാനോട്യൂബ് ഡിപോൾ ആന്റിനയുടെ ഇൻപുട്ട് ഇം‌പെഡൻസും ഫ്രീക്വൻസിയും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം ചിത്രം 10 (ബി) കാണിക്കുന്നു. ചിത്രം 10 (ബി) ൽ കാണാൻ കഴിയുന്നതുപോലെ, ഇൻപുട്ട് ഇം‌പെഡൻസിന്റെ സാങ്കൽപ്പിക ഭാഗത്തിന് ഉയർന്ന ആവൃത്തികളിൽ ഒന്നിലധികം പൂജ്യങ്ങളുണ്ട്. വ്യത്യസ്ത ആവൃത്തികളിൽ ആന്റിനയ്ക്ക് ഒന്നിലധികം അനുരണനങ്ങൾ നേടാൻ കഴിയുമെന്ന് ഇത് സൂചിപ്പിക്കുന്നു. വ്യക്തമായും, കാർബൺ നാനോട്യൂബ് ആന്റിന ഒരു നിശ്ചിത ആവൃത്തി പരിധിക്കുള്ളിൽ (താഴ്ന്ന THz ആവൃത്തികൾ) അനുരണനം പ്രകടിപ്പിക്കുന്നു, പക്ഷേ ഈ പരിധിക്ക് പുറത്ത് പൂർണ്ണമായും പ്രതിധ്വനിക്കാൻ കഴിയില്ല.
ചിത്രം 10 (എ) കാർബൺ നാനോട്യൂബ് ഡൈപോൾ ആന്റിന. (ബി) ഇൻപുട്ട് ഇം‌പെഡൻസ്-ഫ്രീക്വൻസി കർവ്
2012-ൽ, സമീർ എഫ്. മഹ്മൂദും അയേദ് ആർ. അൽഅജ്മിയും കാർബൺ നാനോട്യൂബുകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഒരു പുതിയ ടെറാഹെർട്സ് ആന്റിന ഘടന നിർദ്ദേശിച്ചു, അതിൽ രണ്ട് ഡൈഇലക്ട്രിക് പാളികളിൽ പൊതിഞ്ഞ കാർബൺ നാനോട്യൂബുകളുടെ ഒരു ബണ്ടിൽ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. അകത്തെ ഡൈഇലക്ട്രിക് പാളി ഒരു ഡൈഇലക്ട്രിക് ഫോം പാളിയാണ്, പുറം ഡൈഇലക്ട്രിക് പാളി ഒരു മെറ്റാമെറ്റീരിയൽ പാളിയാണ്. നിർദ്ദിഷ്ട ഘടന ചിത്രം 11-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. പരിശോധനയിലൂടെ, സിംഗിൾ-വാൾഡ് കാർബൺ നാനോട്യൂബുകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ആന്റിനയുടെ റേഡിയേഷൻ പ്രകടനം മെച്ചപ്പെടുത്തിയിട്ടുണ്ട്.
ചിത്രം 11 കാർബൺ നാനോട്യൂബുകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള പുതിയ ടെറാഹെർട്സ് ആന്റിന
മുകളിൽ നിർദ്ദേശിച്ച പുതിയ മെറ്റീരിയൽ ടെറാഹെർട്സ് ആന്റിനകൾ പ്രധാനമായും ത്രിമാനങ്ങളാണ്. ആന്റിനയുടെ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനും കോൺഫോർമൽ ആന്റിനകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിനുമായി, പ്ലാനർ ഗ്രാഫീൻ ആന്റിനകൾക്ക് വ്യാപകമായ ശ്രദ്ധ ലഭിച്ചു. ഗ്രാഫീനിന് മികച്ച ഡൈനാമിക് തുടർച്ചയായ നിയന്ത്രണ സ്വഭാവസവിശേഷതകളുണ്ട്, കൂടാതെ ബയസ് വോൾട്ടേജ് ക്രമീകരിച്ചുകൊണ്ട് ഉപരിതല പ്ലാസ്മ സൃഷ്ടിക്കാൻ കഴിയും. പോസിറ്റീവ് ഡൈഇലക്ട്രിക് കോൺസ്റ്റന്റ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകൾക്കും (Si, SiO2 മുതലായവ) നെഗറ്റീവ് ഡൈഇലക്ട്രിക് കോൺസ്റ്റന്റ് സബ്‌സ്‌ട്രേറ്റുകൾക്കും (വിലയേറിയ ലോഹങ്ങൾ, ഗ്രാഫീൻ മുതലായവ) ഇടയിലുള്ള ഇന്റർഫേസിലാണ് ഉപരിതല പ്ലാസ്മ നിലനിൽക്കുന്നത്. വിലയേറിയ ലോഹങ്ങൾ, ഗ്രാഫീൻ തുടങ്ങിയ കണ്ടക്ടറുകളിൽ ധാരാളം "സ്വതന്ത്ര ഇലക്ട്രോണുകൾ" ഉണ്ട്. ഈ സ്വതന്ത്ര ഇലക്ട്രോണുകളെ പ്ലാസ്മ എന്നും വിളിക്കുന്നു. കണ്ടക്ടറിലെ അന്തർലീനമായ പൊട്ടൻഷ്യൽ ഫീൽഡ് കാരണം, ഈ പ്ലാസ്മകൾ സ്ഥിരതയുള്ള അവസ്ഥയിലാണ്, പുറം ലോകം അവയെ ശല്യപ്പെടുത്തുന്നില്ല. സംഭവ വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗ ഊർജ്ജം ഈ പ്ലാസ്മകളുമായി ബന്ധിപ്പിക്കുമ്പോൾ, പ്ലാസ്മകൾ സ്ഥിരമായ അവസ്ഥയിൽ നിന്ന് വ്യതിചലിക്കുകയും വൈബ്രേറ്റ് ചെയ്യുകയും ചെയ്യും. പരിവർത്തനത്തിനുശേഷം, വൈദ്യുതകാന്തിക മോഡ് ഇന്റർഫേസിൽ ഒരു തിരശ്ചീന കാന്തിക തരംഗം രൂപപ്പെടുത്തുന്നു. ഡ്രൂഡ് മോഡൽ പ്രകാരം ലോഹ ഉപരിതല പ്ലാസ്മയുടെ വിതരണ ബന്ധത്തിന്റെ വിവരണം അനുസരിച്ച്, ലോഹങ്ങൾക്ക് സ്വാഭാവികമായും സ്വതന്ത്ര സ്ഥലത്ത് വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗങ്ങളുമായി ജോടിയാക്കാനും ഊർജ്ജം പരിവർത്തനം ചെയ്യാനും കഴിയില്ല. ഉപരിതല പ്ലാസ്മ തരംഗങ്ങളെ ഉത്തേജിപ്പിക്കുന്നതിന് മറ്റ് വസ്തുക്കൾ ഉപയോഗിക്കേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്. ലോഹ-സബ്സ്ട്രേറ്റ് ഇന്റർഫേസിന്റെ സമാന്തര ദിശയിൽ ഉപരിതല പ്ലാസ്മ തരംഗങ്ങൾ വേഗത്തിൽ ക്ഷയിക്കുന്നു. ലോഹചാലകം ഉപരിതലത്തിന് ലംബമായ ദിശയിൽ ചാലകമാകുമ്പോൾ, ഒരു സ്കിൻ ഇഫക്റ്റ് സംഭവിക്കുന്നു. വ്യക്തമായും, ആന്റിനയുടെ ചെറിയ വലിപ്പം കാരണം, ഉയർന്ന ഫ്രീക്വൻസി ബാൻഡിൽ ഒരു സ്കിൻ ഇഫക്റ്റ് ഉണ്ട്, ഇത് ആന്റിന പ്രകടനം കുത്തനെ കുറയാൻ കാരണമാകുന്നു, കൂടാതെ ടെറാഹെർട്സ് ആന്റിനകളുടെ ആവശ്യകതകൾ നിറവേറ്റാൻ കഴിയില്ല. ഗ്രാഫീനിന്റെ ഉപരിതല പ്ലാസ്മോണിന് ഉയർന്ന ബൈൻഡിംഗ് ഫോഴ്‌സും കുറഞ്ഞ നഷ്ടവും മാത്രമല്ല, തുടർച്ചയായ വൈദ്യുത ട്യൂണിംഗിനെ പിന്തുണയ്ക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. കൂടാതെ, ടെറാഹെർട്സ് ബാൻഡിൽ ഗ്രാഫീന് സങ്കീർണ്ണമായ ചാലകതയുണ്ട്. അതിനാൽ, സ്ലോ വേവ് പ്രൊപ്പഗേഷൻ ടെറാഹെർട്സ് ഫ്രീക്വൻസികളിലെ പ്ലാസ്മ മോഡുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ടെറാഹെർട്സ് ബാൻഡിലെ ലോഹ വസ്തുക്കൾ മാറ്റിസ്ഥാപിക്കുന്നതിനുള്ള ഗ്രാഫീനിന്റെ സാധ്യത ഈ സവിശേഷതകൾ പൂർണ്ണമായും തെളിയിക്കുന്നു.
ഗ്രാഫീൻ ഉപരിതല പ്ലാസ്മോണുകളുടെ ധ്രുവീകരണ സ്വഭാവത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, ചിത്രം 12 ഒരു പുതിയ തരം സ്ട്രിപ്പ് ആന്റിന കാണിക്കുന്നു, കൂടാതെ ഗ്രാഫീനിലെ പ്ലാസ്മ തരംഗങ്ങളുടെ പ്രചാരണ സ്വഭാവസവിശേഷതകളുടെ ബാൻഡ് ആകൃതി നിർദ്ദേശിക്കുന്നു. ട്യൂണബിൾ ആന്റിന ബാൻഡിന്റെ രൂപകൽപ്പന പുതിയ മെറ്റീരിയൽ ടെറാഹെർട്സ് ആന്റിനകളുടെ പ്രചാരണ സവിശേഷതകൾ പഠിക്കുന്നതിനുള്ള ഒരു പുതിയ മാർഗം നൽകുന്നു.
ചിത്രം 12 പുതിയ സ്ട്രിപ്പ് ആന്റിന
ടെറാഹെർട്സ് ആന്റിന ഘടകങ്ങൾ പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യുന്നതിനൊപ്പം, ടെറാഹെർട്സ് മൾട്ടി-ഇൻപുട്ട് മൾട്ടി-ഔട്ട്പുട്ട് ആന്റിന കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റങ്ങൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിന് ഗ്രാഫീൻ നാനോപാച്ച് ടെറാഹെർട്സ് ആന്റിനകളെ അറേകളായി രൂപകൽപ്പന ചെയ്യാനും കഴിയും. ചിത്രം 13-ൽ ആന്റിന ഘടന കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. ഗ്രാഫീൻ നാനോപാച്ച് ആന്റിനകളുടെ തനതായ ഗുണങ്ങളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, ആന്റിന ഘടകങ്ങൾക്ക് മൈക്രോൺ-സ്കെയിൽ അളവുകൾ ഉണ്ട്. രാസ നീരാവി നിക്ഷേപം ഒരു നേർത്ത നിക്കൽ പാളിയിൽ വ്യത്യസ്ത ഗ്രാഫീൻ ഇമേജുകളെ 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 ആന്റിന അറേ
പുതിയ മെറ്റീരിയലുകളെക്കുറിച്ചുള്ള ഗവേഷണം താരതമ്യേന പുതിയൊരു ദിശയാണ്. മെറ്റീരിയലുകളുടെ നവീകരണം പരമ്പരാഗത ആന്റിനകളുടെ പരിമിതികളെ ഭേദിച്ച്, പുനഃക്രമീകരിക്കാവുന്ന മെറ്റാമെറ്റീരിയലുകൾ, ദ്വിമാന (2D) മെറ്റീരിയലുകൾ തുടങ്ങിയ വൈവിധ്യമാർന്ന പുതിയ ആന്റിനകൾ വികസിപ്പിക്കുമെന്ന് പ്രതീക്ഷിക്കുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഈ തരത്തിലുള്ള ആന്റിന പ്രധാനമായും പുതിയ മെറ്റീരിയലുകളുടെ നവീകരണത്തെയും പ്രക്രിയ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ പുരോഗതിയെയും ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. എന്തായാലും, ടെറാഹെർട്സ് ആന്റിനകളുടെ ഉയർന്ന നേട്ടം, കുറഞ്ഞ ചെലവ്, വിശാലമായ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് ആവശ്യകതകൾ നിറവേറ്റുന്നതിന് നൂതനമായ മെറ്റീരിയലുകൾ, കൃത്യമായ പ്രോസസ്സിംഗ് സാങ്കേതികവിദ്യ, നൂതനമായ ഡിസൈൻ ഘടനകൾ എന്നിവ ടെറാഹെർട്സ് ആന്റിനകളുടെ വികസനത്തിന് ആവശ്യമാണ്.
ലോഹ ആന്റിനകൾ, ഡൈഇലക്ട്രിക് ആന്റിനകൾ, പുതിയ മെറ്റീരിയൽ ആന്റിനകൾ എന്നിങ്ങനെ മൂന്ന് തരം ടെറാഹെർട്സ് ആന്റിനകളുടെ അടിസ്ഥാന തത്വങ്ങൾ താഴെ പരിചയപ്പെടുത്തുന്നു, കൂടാതെ അവയുടെ വ്യത്യാസങ്ങളും ഗുണങ്ങളും ദോഷങ്ങളും വിശകലനം ചെയ്യുന്നു.
1. ലോഹ ആന്റിന: ജ്യാമിതി ലളിതവും പ്രോസസ്സ് ചെയ്യാൻ എളുപ്പവുമാണ്, താരതമ്യേന കുറഞ്ഞ ചെലവും, സബ്സ്ട്രേറ്റ് മെറ്റീരിയലുകൾക്ക് കുറഞ്ഞ ആവശ്യകതകളുമുണ്ട്. എന്നിരുന്നാലും, ലോഹ ആന്റിനകൾ ആന്റിനയുടെ സ്ഥാനം ക്രമീകരിക്കാൻ ഒരു മെക്കാനിക്കൽ രീതി ഉപയോഗിക്കുന്നു, ഇത് പിശകുകൾക്ക് സാധ്യതയുണ്ട്. ക്രമീകരണം ശരിയല്ലെങ്കിൽ, ആന്റിനയുടെ പ്രകടനം വളരെയധികം കുറയും. ലോഹ ആന്റിന വലിപ്പത്തിൽ ചെറുതാണെങ്കിലും, ഒരു പ്ലാനർ സർക്യൂട്ട് ഉപയോഗിച്ച് കൂട്ടിച്ചേർക്കാൻ പ്രയാസമാണ്.
2. ഡൈഇലക്ട്രിക് ആന്റിന: ഡൈഇലക്ട്രിക് ആന്റിനയ്ക്ക് കുറഞ്ഞ ഇൻപുട്ട് ഇം‌പെഡൻസ് ഉണ്ട്, കുറഞ്ഞ ഇം‌പെഡൻസ് ഡിറ്റക്ടറുമായി പൊരുത്തപ്പെടുത്താൻ എളുപ്പമാണ്, കൂടാതെ ഒരു പ്ലാനർ സർക്യൂട്ടുമായി ബന്ധിപ്പിക്കാൻ താരതമ്യേന ലളിതവുമാണ്. ഡൈഇലക്ട്രിക് ആന്റിനകളുടെ ജ്യാമിതീയ രൂപങ്ങളിൽ ബട്ടർഫ്ലൈ ആകൃതി, ഇരട്ട യു ആകൃതി, പരമ്പരാഗത ലോഗരിഥമിക് ആകൃതി, ലോഗരിഥമിക് പീരിയോഡിക് സൈൻ ആകൃതി എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്നു. എന്നിരുന്നാലും, ഡൈഇലക്ട്രിക് ആന്റിനകൾക്ക് ഒരു മാരകമായ പോരായ്മയുമുണ്ട്, അതായത് കട്ടിയുള്ള അടിവസ്ത്രം മൂലമുണ്ടാകുന്ന ഉപരിതല തരംഗ പ്രഭാവം. ഒരു ലെൻസ് ലോഡ് ചെയ്ത് ഡൈഇലക്ട്രിക് അടിവസ്ത്രത്തെ ഒരു EBG ഘടന ഉപയോഗിച്ച് മാറ്റിസ്ഥാപിക്കുക എന്നതാണ് പരിഹാരം. രണ്ട് പരിഹാരങ്ങൾക്കും നൂതനത്വവും പ്രക്രിയ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെയും മെറ്റീരിയലുകളുടെയും തുടർച്ചയായ മെച്ചപ്പെടുത്തലും ആവശ്യമാണ്, എന്നാൽ അവയുടെ മികച്ച പ്രകടനം (ഓമ്‌നിഡയറക്ഷണാലിറ്റി, സർഫസ് വേവ് സപ്രഷൻ പോലുള്ളവ) ടെറാഹെർട്സ് ആന്റിനകളുടെ ഗവേഷണത്തിന് പുതിയ ആശയങ്ങൾ നൽകാൻ കഴിയും.
3. പുതിയ മെറ്റീരിയൽ ആന്റിനകൾ: നിലവിൽ, കാർബൺ നാനോട്യൂബുകൾ കൊണ്ട് നിർമ്മിച്ച പുതിയ ദ്വിധ്രുവ ആന്റിനകളും മെറ്റാമെറ്റീരിയലുകൾ കൊണ്ട് നിർമ്മിച്ച പുതിയ ആന്റിന ഘടനകളും പ്രത്യക്ഷപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്. പുതിയ മെറ്റീരിയലുകൾക്ക് പുതിയ പ്രകടന മുന്നേറ്റങ്ങൾ കൊണ്ടുവരാൻ കഴിയും, പക്ഷേ അടിസ്ഥാനം മെറ്റീരിയൽ സയൻസിന്റെ നവീകരണമാണ്. നിലവിൽ, പുതിയ മെറ്റീരിയൽ ആന്റിനകളെക്കുറിച്ചുള്ള ഗവേഷണം ഇപ്പോഴും പര്യവേക്ഷണ ഘട്ടത്തിലാണ്, കൂടാതെ പല പ്രധാന സാങ്കേതികവിദ്യകളും വേണ്ടത്ര പക്വത പ്രാപിച്ചിട്ടില്ല.
ചുരുക്കത്തിൽ, ഡിസൈൻ ആവശ്യകതകൾക്കനുസരിച്ച് വ്യത്യസ്ത തരം ടെറാഹെർട്സ് ആന്റിനകൾ തിരഞ്ഞെടുക്കാം:
1) ലളിതമായ രൂപകൽപ്പനയും കുറഞ്ഞ ഉൽപ്പാദനച്ചെലവും ആവശ്യമാണെങ്കിൽ, ലോഹ ആന്റിനകൾ തിരഞ്ഞെടുക്കാം.
2) ഉയർന്ന സംയോജനവും കുറഞ്ഞ ഇൻപുട്ട് ഇം‌പെഡൻസും ആവശ്യമാണെങ്കിൽ, ഡൈഇലക്ട്രിക് ആന്റിനകൾ തിരഞ്ഞെടുക്കാം.
3) പ്രകടനത്തിൽ ഒരു വഴിത്തിരിവ് ആവശ്യമാണെങ്കിൽ, പുതിയ മെറ്റീരിയൽ ആന്റിനകൾ തിരഞ്ഞെടുക്കാവുന്നതാണ്.
മുകളിലുള്ള ഡിസൈനുകൾ നിർദ്ദിഷ്ട ആവശ്യകതകൾക്കനുസരിച്ച് ക്രമീകരിക്കാനും കഴിയും. ഉദാഹരണത്തിന്, കൂടുതൽ നേട്ടങ്ങൾ നേടുന്നതിന് രണ്ട് തരം ആന്റിനകൾ സംയോജിപ്പിക്കാം, എന്നാൽ അസംബ്ലി രീതിയും ഡിസൈൻ സാങ്കേതികവിദ്യയും കൂടുതൽ കർശനമായ ആവശ്യകതകൾ പാലിക്കണം.
ആന്റിനകളെക്കുറിച്ച് കൂടുതലറിയാൻ, ദയവായി സന്ദർശിക്കുക:
പോസ്റ്റ് സമയം: ഓഗസ്റ്റ്-02-2024
