آنتن جدید پژوهشگران امکان پشتیبانی از شبکههای 6G را فراهم میکند
شبکههای نسل ششم انتظار میرود که سرعت انتقال داده را تا حدود یک ترابیت بر ثانیه افزایش دهند، که این میزان معادل انتقال تقریبی نیمی از فضای ذخیرهسازی یک تلفن همراه میانرده در یک ثانیه است. دستیابی به این سطح از سرعت نیازمند عملیاتی شدن سیستمهای بیسیم در محدودهی فرکانسهای تراهرتز است که بسیار بالاتر از فرکانسهای مورد استفاده در شبکههای 5G کنونی محسوب میشود. با این حال، پیش از استفاده اطمینانبخش از فرکانسهای تراهرتز، توسعهی پیشرفته در طراحی آنتنهای فرستنده و گیرنده این نوع سیگنالها حیاتی است.
در نسلهای پیشین ارتباطات بیسیم، افزایش کارایی معمولاً از طریق افزایش ابعاد آنتنها یا استفاده از اجزای مکانیکی پیچیدهی فعال صورت میگرفت. این روشها اگرچه کارآمد بودند، اما هزینهها، پیچیدگیها و احتمال خرابی را افزایش میدادند. محققان گروه سینگ برای غلبه بر این چالشها به حوزه فوتونیک توپولوژیک روی آوردند تا مسیری محافظتشده برای حرکت نور ایجاد کنند. آنها با الگوبرداری دقیق مواد، موفق به ساخت دستگاههایی فشرده شدند که در آنها امواج الکترومغناطیسی حتی هنگام عبور از موانع تند، در برابر نقص و پراکندگی محافظت میشوند.
این گروه با طراحی یک تراشه سیلیکونی که با آرایهای از سوراخهای مثلثی در دو اندازهی ۹۹ و ۲۶۴ میکرومتر سوراخ شده بود، توانستند اثرات مورد نظر را کنترل کنند. با چیدمان خاص این سوراخها، پژوهشگران تابش تراهرتز را بهگونهای کنترل کردند که در زاویهای دقیق به بیرون نشت کند و ساختار را به یک آنتن کارآمد تبدیل نماید. این نشت کنترلشده، مخروطی از سیگنالهای تراهرتز حامل اطلاعات ایجاد میکند که پوشش گستردهای در فضای سهبعدی پیرامون خود فراهم میآورد.
این آنتن جدید میتواند ۷۵ درصد از فضای سهبعدی اطراف خود را پوشش دهد که این میزان، بیش از سی برابر پوشش بسیاری از آنتنهای تراهرتز موجود محسوب میشود. جالب اینجاست که همین ساختار میتواند به عنوان گیرنده نیز عمل کرده و سیگنالهای تراهرتز ورودی را از دامنهی وسیعی دریافت و به تراشه هدایت نماید. در جریان آزمایشها، این آنتن توانست نرخ دادهای صدها برابر بالاتر از دیگر دستگاههای پیشرفته تراهرتز را حفظ کند.
مهمترین مزیت این طراحی، دستیابی به این عملکرد با استفاده از یک ساختار کاملاً غیرفعال و نسبتاً ساده است؛ زیرا کنترل لازم مستقیماً در هندسهی تراشه تعبیه شده و به قطعات متحرک خارجی وابسته نیست. این ویژگی، هزینههای عملیاتی و ریسک شکست مکانیکی را به شدت کاهش میدهد. گروه سینگ در پی نتایج بهدستآمده، در حال بررسی نحوهی ادغام کامل اجزای سیستم ارتباطی تراهرتز شامل انتقال، دریافت و پردازش سیگنال روی یک تراشه واحد هستند تا شبکههای نسل ششم قابل اعتماد، دادههای تراهرتز را به سهولت شبکههای امروزی مدیریت کنند. این پژوهش در نشریهی معتبر «Nature Photonics» منتشر شده است.