Um novo tipo de multiplexador terahertz duplicou a capacidade de dados e melhorou significativamente a comunicação 6G com largura de banda sem precedentes e baixa perda de dados.
Os pesquisadores introduziram um multiplexador terahertz de banda superlarga que dobra a capacidade de dados e traz avanços revolucionários para 6G e além. (Fonte da imagem: Getty Images)
A comunicação sem fio de próxima geração, representada pela tecnologia terahertz, promete revolucionar a transmissão de dados.
Esses sistemas operam em frequências terahertz, oferecendo largura de banda incomparável para transmissão e comunicação de dados ultrarrápidas. No entanto, para concretizar plenamente este potencial, devem ser ultrapassados desafios técnicos significativos, especialmente na gestão e utilização eficaz do espectro disponível.
Um avanço inovador enfrentou esse desafio: o primeiro (des)multiplexador de polarização terahertz integrado de banda ultralarga realizado em uma plataforma de silício sem substrato.
Este design inovador visa a banda J subterahertz (220-330 GHz) e visa transformar a comunicação para 6G e além. O dispositivo efetivamente duplica a capacidade de dados enquanto mantém uma baixa taxa de perda de dados, abrindo caminho para redes sem fio de alta velocidade eficientes e confiáveis.
A equipe por trás deste marco inclui o professor Withawat Withayachumnankul da Escola de Engenharia Elétrica e Mecânica da Universidade de Adelaide, o Dr. Weijie Gao, agora pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Osaka, e o professor Masayuki Fujita.
O professor Withayachumnankul afirmou: "O multiplexador de polarização proposto permite que vários fluxos de dados sejam transmitidos simultaneamente dentro da mesma banda de frequência, duplicando efetivamente a capacidade de dados." A largura de banda relativa alcançada pelo dispositivo não tem precedentes em qualquer faixa de frequência, representando um salto significativo para multiplexadores integrados.
Os multiplexadores de polarização são essenciais na comunicação moderna, pois permitem que vários sinais compartilhem a mesma banda de frequência, aumentando significativamente a capacidade do canal.
O novo dispositivo consegue isso utilizando acopladores direcionais cônicos e revestimento de meio anisotrópico eficaz. Esses componentes melhoram a birrefringência de polarização, resultando em uma alta taxa de extinção de polarização (PER) e ampla largura de banda - características principais de sistemas de comunicação terahertz eficientes.
Ao contrário dos projetos tradicionais que dependem de guias de onda assimétricos complexos e dependentes de frequência, o novo multiplexador emprega revestimento anisotrópico com apenas uma ligeira dependência de frequência. Esta abordagem aproveita totalmente a ampla largura de banda fornecida pelos acopladores cônicos.
O resultado é uma largura de banda fracionada próxima a 40%, um PER médio superior a 20 dB e uma perda de inserção mínima de aproximadamente 1 dB. Essas métricas de desempenho superam em muito as dos projetos ópticos e de micro-ondas existentes, que geralmente sofrem com largura de banda estreita e altas perdas.
O trabalho da equipe de pesquisa não apenas aumenta a eficiência dos sistemas terahertz, mas também estabelece as bases para uma nova era na comunicação sem fio. Dr. Gao observou: "Esta inovação é um fator chave para desbloquear o potencial da comunicação terahertz." As aplicações incluem streaming de vídeo de alta definição, realidade aumentada e redes móveis de próxima geração, como 6G.
As soluções tradicionais de gerenciamento de polarização terahertz, como transdutores de modo ortogonal (OMTs) baseados em guias de onda metálicos retangulares, enfrentam limitações significativas. Os guias de onda metálicos apresentam perdas ôhmicas aumentadas em frequências mais altas e seus processos de fabricação são complexos devido a requisitos geométricos rigorosos.
Multiplexadores de polarização óptica, incluindo aqueles que usam interferômetros Mach-Zehnder ou cristais fotônicos, oferecem melhor integrabilidade e perdas mais baixas, mas geralmente exigem compensações entre largura de banda, compactação e complexidade de fabricação.
Os acopladores direcionais são amplamente utilizados em sistemas ópticos e requerem forte birrefringência de polarização para atingir tamanho compacto e alto PER. No entanto, eles são limitados pela largura de banda estreita e pela sensibilidade às tolerâncias de fabricação.
O novo multiplexador combina as vantagens dos acopladores direcionais cônicos e do revestimento médio eficaz, superando essas limitações. O revestimento anisotrópico exibe birrefringência significativa, garantindo alto PER em uma ampla largura de banda. Este princípio de design marca um afastamento dos métodos tradicionais, fornecendo uma solução prática e escalonável para integração em terahertz.
A validação experimental do multiplexador confirmou seu desempenho excepcional. O dispositivo opera com eficiência na faixa de 225-330 GHz, alcançando uma largura de banda fracionada de 37,8%, mantendo um PER acima de 20 dB. Seu tamanho compacto e compatibilidade com processos de fabricação padrão o tornam adequado para produção em massa.
Dr. Gao observou: "Esta inovação não apenas aumenta a eficiência dos sistemas de comunicação terahertz, mas também abre caminho para redes sem fio de alta velocidade mais poderosas e confiáveis".
As aplicações potenciais desta tecnologia vão além dos sistemas de comunicação. Ao melhorar a utilização do espectro, o multiplexador pode impulsionar avanços em áreas como radar, imagem e Internet das Coisas. “Dentro de uma década, esperamos que essas tecnologias terahertz sejam amplamente adotadas e integradas em vários setores”, afirmou o professor Withayachumnankul.
O multiplexador também pode ser perfeitamente integrado com dispositivos de formação de feixe anteriores desenvolvidos pela equipe, permitindo funcionalidades avançadas de comunicação em uma plataforma unificada. Esta compatibilidade destaca a versatilidade e escalabilidade da plataforma eficaz de guia de ondas dielétrico de revestimento médio.
As descobertas da pesquisa da equipe foram publicadas na revista Laser & Photonic Reviews, enfatizando sua importância no avanço da tecnologia fotônica terahertz. O professor Fujita observou: "Ao superar barreiras técnicas críticas, espera-se que esta inovação estimule o interesse e a atividade de pesquisa na área."
Os investigadores prevêem que o seu trabalho irá inspirar novas aplicações e novas melhorias tecnológicas nos próximos anos, conduzindo em última análise a protótipos e produtos comerciais.
Este multiplexador representa um avanço significativo no desbloqueio do potencial da comunicação terahertz. Ele estabelece um novo padrão para dispositivos terahertz integrados com suas métricas de desempenho sem precedentes.
À medida que a procura por redes de comunicação de alta velocidade e alta capacidade continua a crescer, essas inovações desempenharão um papel crucial na definição do futuro da tecnologia sem fios.
Horário da postagem: 16 de dezembro de 2024