వైర్‌లెస్ పరికరాలకు పెరుగుతున్న జనాదరణతో, డేటా సేవలు వేగంగా అభివృద్ధి చెందుతున్న కొత్త కాలంలోకి ప్రవేశించాయి, దీనిని డేటా సేవల పేలుడు వృద్ధి అని కూడా పిలుస్తారు. ప్రస్తుతం, పెద్ద సంఖ్యలో అప్లికేషన్‌లు కంప్యూటర్‌ల నుండి క్రమక్రమంగా మొబైల్ ఫోన్‌ల వంటి వైర్‌లెస్ పరికరాలకు తరలిపోతున్నాయి, ఇవి నిజ సమయంలో తీసుకువెళ్లడం మరియు ఆపరేట్ చేయడం సులభం, అయితే ఈ పరిస్థితి డేటా ట్రాఫిక్‌లో వేగంగా పెరుగుదల మరియు బ్యాండ్‌విడ్త్ వనరుల కొరతకు దారితీసింది. . గణాంకాల ప్రకారం, రాబోయే 10 నుండి 15 సంవత్సరాలలో మార్కెట్లో డేటా రేటు Gbps లేదా Tbpsకి కూడా చేరవచ్చు. ప్రస్తుతం, THz కమ్యూనికేషన్ Gbps డేటా రేటుకు చేరుకుంది, అయితే Tbps డేటా రేటు ఇంకా అభివృద్ధి ప్రారంభ దశలోనే ఉంది. సంబంధిత పేపర్ THz బ్యాండ్ ఆధారంగా Gbps డేటా రేట్లలో తాజా పురోగతిని జాబితా చేస్తుంది మరియు పోలరైజేషన్ మల్టీప్లెక్సింగ్ ద్వారా Tbps పొందవచ్చని అంచనా వేస్తుంది. అందువల్ల, డేటా ట్రాన్స్‌మిషన్ రేటును పెంచడానికి, మైక్రోవేవ్‌లు మరియు ఇన్ఫ్రారెడ్ లైట్‌ల మధ్య "ఖాళీ ప్రదేశం"లో ఉన్న టెరాహెర్ట్జ్ బ్యాండ్‌ని అభివృద్ధి చేయడం ఒక సాధ్యమయ్యే పరిష్కారం. 2019లో జరిగిన ITU వరల్డ్ రేడియోకమ్యూనికేషన్ కాన్ఫరెన్స్ (WRC-19)లో, స్థిర మరియు ల్యాండ్ మొబైల్ సేవల కోసం 275-450GHz ఫ్రీక్వెన్సీ పరిధి ఉపయోగించబడింది. టెరాహెర్ట్జ్ వైర్‌లెస్ కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్‌లు చాలా మంది పరిశోధకుల దృష్టిని ఆకర్షించాయని చూడవచ్చు.
టెరాహెర్ట్జ్ విద్యుదయస్కాంత తరంగాలు సాధారణంగా 0.03-3 మిమీ తరంగదైర్ఘ్యంతో 0.1-10THz (1THz=1012Hz) ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్‌గా నిర్వచించబడతాయి. IEEE ప్రమాణం ప్రకారం, టెరాహెర్ట్జ్ తరంగాలు 0.3-10THzగా నిర్వచించబడ్డాయి. టెరాహెర్ట్జ్ ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్ మైక్రోవేవ్‌లు మరియు ఇన్ఫ్రారెడ్ లైట్‌ల మధ్య ఉందని మూర్తి 1 చూపిస్తుంది.
Fig. 1 THz ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్ యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం.
టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాల అభివృద్ధి
టెరాహెర్ట్జ్ పరిశోధన 19వ శతాబ్దంలో ప్రారంభమైనప్పటికీ, ఆ సమయంలో దీనిని స్వతంత్ర క్షేత్రంగా అధ్యయనం చేయలేదు. టెరాహెర్ట్జ్ రేడియేషన్‌పై పరిశోధన ప్రధానంగా ఫార్-ఇన్ఫ్రారెడ్ బ్యాండ్‌పై దృష్టి పెట్టింది. 20వ శతాబ్దపు మధ్య నుండి చివరి వరకు పరిశోధకులు మిల్లీమీటర్ వేవ్ పరిశోధనను టెరాహెర్ట్జ్ బ్యాండ్‌కు అభివృద్ధి చేయడం మరియు ప్రత్యేకమైన టెరాహెర్ట్జ్ సాంకేతిక పరిశోధనను నిర్వహించడం ప్రారంభించారు.
1980వ దశకంలో, టెరాహెర్ట్జ్ రేడియేషన్ మూలాల ఆవిర్భావం ఆచరణాత్మక వ్యవస్థలలో టెరాహెర్ట్జ్ తరంగాలను ఉపయోగించడం సాధ్యమైంది. 21వ శతాబ్దం నుండి, వైర్‌లెస్ కమ్యూనికేషన్ టెక్నాలజీ వేగంగా అభివృద్ధి చెందింది మరియు సమాచారం కోసం ప్రజల డిమాండ్ మరియు కమ్యూనికేషన్ పరికరాల పెరుగుదల కమ్యూనికేషన్ డేటా యొక్క ప్రసార రేటుపై మరింత కఠినమైన అవసరాలను ముందుకు తెచ్చాయి. అందువల్ల, ఒక ప్రదేశంలో సెకనుకు గిగాబిట్ల అధిక డేటా రేటుతో పనిచేయడం అనేది భవిష్యత్ కమ్యూనికేషన్ టెక్నాలజీ యొక్క సవాళ్లలో ఒకటి. ప్రస్తుత ఆర్థికాభివృద్ధిలో, స్పెక్ట్రమ్ వనరులు చాలా తక్కువగా మారాయి. అయినప్పటికీ, కమ్యూనికేషన్ సామర్థ్యం మరియు వేగం కోసం మానవ అవసరాలు అంతులేనివి. స్పెక్ట్రమ్ రద్దీ సమస్య కోసం, అనేక కంపెనీలు స్పేషియల్ మల్టీప్లెక్సింగ్ ద్వారా స్పెక్ట్రమ్ సామర్థ్యాన్ని మరియు సిస్టమ్ సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచడానికి బహుళ-ఇన్‌పుట్ బహుళ-అవుట్‌పుట్ (MIMO) సాంకేతికతను ఉపయోగిస్తాయి. 5G నెట్‌వర్క్‌ల అభివృద్ధితో, ప్రతి వినియోగదారు యొక్క డేటా కనెక్షన్ వేగం Gbps కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది మరియు బేస్ స్టేషన్ల డేటా ట్రాఫిక్ కూడా గణనీయంగా పెరుగుతుంది. సాంప్రదాయ మిల్లీమీటర్ వేవ్ కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్‌ల కోసం, మైక్రోవేవ్ లింక్‌లు ఈ భారీ డేటా స్ట్రీమ్‌లను నిర్వహించలేవు. అదనంగా, దృష్టి రేఖ యొక్క ప్రభావం కారణంగా, ఇన్ఫ్రారెడ్ కమ్యూనికేషన్ యొక్క ప్రసార దూరం తక్కువగా ఉంటుంది మరియు దాని కమ్యూనికేషన్ పరికరాల స్థానం స్థిరంగా ఉంటుంది. అందువల్ల, మైక్రోవేవ్‌లు మరియు ఇన్ఫ్రారెడ్ మధ్య ఉండే THz తరంగాలు, THz లింక్‌లను ఉపయోగించడం ద్వారా హై-స్పీడ్ కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్‌లను నిర్మించడానికి మరియు డేటా ట్రాన్స్‌మిషన్ రేట్లను పెంచడానికి ఉపయోగించవచ్చు.
టెరాహెర్ట్జ్ తరంగాలు విస్తృత కమ్యూనికేషన్ బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను అందించగలవు మరియు దాని ఫ్రీక్వెన్సీ పరిధి మొబైల్ కమ్యూనికేషన్‌ల కంటే 1000 రెట్లు ఎక్కువ. అందువల్ల, అల్ట్రా-హై-స్పీడ్ వైర్‌లెస్ కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్‌లను రూపొందించడానికి THzని ఉపయోగించడం అనేది అధిక డేటా రేట్ల సవాలుకు ఒక మంచి పరిష్కారం, ఇది అనేక పరిశోధనా బృందాలు మరియు పరిశ్రమల ఆసక్తిని ఆకర్షించింది. సెప్టెంబర్ 2017లో, మొదటి THz వైర్‌లెస్ కమ్యూనికేషన్ స్టాండర్డ్ IEEE 802.15.3d-2017 విడుదల చేయబడింది, ఇది 252-325 GHz తక్కువ THz ఫ్రీక్వెన్సీ పరిధిలో పాయింట్-టు-పాయింట్ డేటా మార్పిడిని నిర్వచిస్తుంది. లింక్ యొక్క ప్రత్యామ్నాయ భౌతిక పొర (PHY) వివిధ బ్యాండ్‌విడ్త్‌లలో గరిష్టంగా 100 Gbps డేటా రేట్లను సాధించగలదు.
0.12 THz యొక్క మొదటి విజయవంతమైన THz కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్ 2004లో స్థాపించబడింది మరియు 0.3 THz యొక్క THz కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్ 2013లో గుర్తించబడింది. టేబుల్ 1 జపాన్‌లో 2004 నుండి 2013 వరకు టెరాహెర్ట్జ్ కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్‌ల పరిశోధన పురోగతిని జాబితా చేస్తుంది.
టేబుల్ 1 2004 నుండి 2013 వరకు జపాన్‌లో టెరాహెర్ట్జ్ కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్స్ పరిశోధన పురోగతి
2004లో అభివృద్ధి చేయబడిన కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్ యొక్క యాంటెన్నా నిర్మాణాన్ని నిప్పన్ టెలిగ్రాఫ్ మరియు టెలిఫోన్ కార్పొరేషన్ (NTT) 2005లో వివరంగా వివరించింది. మూర్తి 2లో చూపిన విధంగా యాంటెన్నా కాన్ఫిగరేషన్ రెండు సందర్భాలలో ప్రవేశపెట్టబడింది.
మూర్తి 2 జపాన్ యొక్క NTT 120 GHz వైర్‌లెస్ కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్ యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం
సిస్టమ్ ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ మార్పిడి మరియు యాంటెన్నాను అనుసంధానిస్తుంది మరియు రెండు వర్కింగ్ మోడ్‌లను అవలంబిస్తుంది:
1. సమీప-శ్రేణి ఇండోర్ వాతావరణంలో, ఇంటి లోపల ఉపయోగించే ప్లానార్ యాంటెన్నా ట్రాన్స్‌మిటర్‌లో మూర్తి 2(a)లో చూపిన విధంగా సింగిల్-లైన్ క్యారియర్ ఫోటోడియోడ్ (UTC-PD) చిప్, ప్లానర్ స్లాట్ యాంటెన్నా మరియు సిలికాన్ లెన్స్ ఉంటాయి.
2. దీర్ఘ-శ్రేణి బహిరంగ వాతావరణంలో, పెద్ద ప్రసార నష్టం మరియు డిటెక్టర్ యొక్క తక్కువ సున్నితత్వం యొక్క ప్రభావాన్ని మెరుగుపరచడానికి, ట్రాన్స్మిటర్ యాంటెన్నా అధిక లాభం కలిగి ఉండాలి. ఇప్పటికే ఉన్న టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నా 50 dBi కంటే ఎక్కువ లాభంతో గాస్సియన్ ఆప్టికల్ లెన్స్‌ని ఉపయోగిస్తుంది. ఫీడ్ హార్న్ మరియు డైలెక్ట్రిక్ లెన్స్ కలయిక మూర్తి 2(బి)లో చూపబడింది.
0.12 THz కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్‌ను అభివృద్ధి చేయడంతో పాటు, NTT 2012లో 0.3THz కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్‌ను కూడా అభివృద్ధి చేసింది. నిరంతర ఆప్టిమైజేషన్ ద్వారా, ప్రసార రేటు 100Gbps వరకు ఉంటుంది. టేబుల్ 1 నుండి చూడగలిగినట్లుగా, టెరాహెర్ట్జ్ కమ్యూనికేషన్ అభివృద్ధికి ఇది గొప్ప సహకారం అందించింది. అయితే, ప్రస్తుత పరిశోధన పని తక్కువ ఆపరేటింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీ, పెద్ద పరిమాణం మరియు అధిక ధర యొక్క ప్రతికూలతలను కలిగి ఉంది.
ప్రస్తుతం ఉపయోగిస్తున్న చాలా టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాలు మిల్లీమీటర్ వేవ్ యాంటెన్నాల నుండి సవరించబడ్డాయి మరియు టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాలలో తక్కువ ఆవిష్కరణలు ఉన్నాయి. అందువల్ల, టెరాహెర్ట్జ్ కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్‌ల పనితీరును మెరుగుపరచడానికి, టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాలను ఆప్టిమైజ్ చేయడం ఒక ముఖ్యమైన పని. టేబుల్ 2 జర్మన్ THz కమ్యూనికేషన్ యొక్క పరిశోధన పురోగతిని జాబితా చేస్తుంది. మూర్తి 3 (a) ఫోటోనిక్స్ మరియు ఎలక్ట్రానిక్స్‌ను కలిపే ప్రతినిధి THz వైర్‌లెస్ కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్‌ను చూపుతుంది. మూర్తి 3 (బి) విండ్ టన్నెల్ పరీక్ష దృశ్యాన్ని చూపుతుంది. జర్మనీలో ప్రస్తుత పరిశోధన పరిస్థితిని బట్టి చూస్తే, దాని పరిశోధన మరియు అభివృద్ధి తక్కువ ఆపరేటింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీ, అధిక ధర మరియు తక్కువ సామర్థ్యం వంటి ప్రతికూలతలను కూడా కలిగి ఉంది.
టేబుల్ 2 జర్మనీలో THz కమ్యూనికేషన్ యొక్క పరిశోధన పురోగతి
మూర్తి 3 విండ్ టన్నెల్ పరీక్ష దృశ్యం
CSIRO ICT కేంద్రం THz ఇండోర్ వైర్‌లెస్ కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్‌లపై పరిశోధనను కూడా ప్రారంభించింది. చిత్రం 4లో చూపిన విధంగా సంవత్సరం మరియు కమ్యూనికేషన్ ఫ్రీక్వెన్సీ మధ్య సంబంధాన్ని కేంద్రం అధ్యయనం చేసింది. మూర్తి 4 నుండి చూడగలిగినట్లుగా, 2020 నాటికి, వైర్‌లెస్ కమ్యూనికేషన్‌లపై పరిశోధన THz బ్యాండ్‌పై ఆధారపడి ఉంటుంది. రేడియో స్పెక్ట్రమ్ ఉపయోగించి గరిష్ట కమ్యూనికేషన్ ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రతి ఇరవై సంవత్సరాలకు పది రెట్లు పెరుగుతుంది. THz యాంటెన్నాల అవసరాలపై కేంద్రం సిఫార్సులు చేసింది మరియు THz కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్‌ల కోసం హార్న్స్ మరియు లెన్స్‌ల వంటి సాంప్రదాయ యాంటెన్నాలను ప్రతిపాదించింది. మూర్తి 5లో చూపినట్లుగా, రెండు హార్న్ యాంటెనాలు వరుసగా 0.84THz మరియు 1.7THz వద్ద పని చేస్తాయి, సాధారణ నిర్మాణం మరియు మంచి గాస్సియన్ బీమ్ పనితీరుతో.
మూర్తి 4 సంవత్సరం మరియు ఫ్రీక్వెన్సీ మధ్య సంబంధం
RM-BDHA818-20A
RM-DCPHA105145-20
మూర్తి 5 రెండు రకాల హార్న్ యాంటెన్నాలు
టెరాహెర్ట్జ్ తరంగాల ఉద్గారం మరియు గుర్తింపుపై యునైటెడ్ స్టేట్స్ విస్తృతమైన పరిశోధనలు నిర్వహించింది. ప్రసిద్ధ టెరాహెర్ట్జ్ పరిశోధనా ప్రయోగశాలలలో జెట్ ప్రొపల్షన్ లాబొరేటరీ (JPL), స్టాన్‌ఫోర్డ్ లీనియర్ యాక్సిలరేటర్ సెంటర్ (SLAC), US నేషనల్ లాబొరేటరీ (LLNL), నేషనల్ ఏరోనాటిక్స్ అండ్ స్పేస్ అడ్మినిస్ట్రేషన్ (NASA), నేషనల్ సైన్స్ ఫౌండేషన్ (NSF) మొదలైనవి ఉన్నాయి. టెరాహెర్ట్జ్ అప్లికేషన్‌ల కోసం కొత్త టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెనాలు రూపొందించబడ్డాయి, బౌటీ యాంటెన్నాలు మరియు ఫ్రీక్వెన్సీ బీమ్ స్టీరింగ్ యాంటెన్నాలు వంటివి. టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాల అభివృద్ధి ప్రకారం, మేము ప్రస్తుతం టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాల కోసం మూడు ప్రాథమిక డిజైన్ ఆలోచనలను మూర్తి 6లో చూపిన విధంగా పొందవచ్చు.
మూర్తి 6 టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాల కోసం మూడు ప్రాథమిక డిజైన్ ఆలోచనలు
అనేక దేశాలు టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాలపై ఎక్కువ శ్రద్ధ చూపినప్పటికీ, ఇది ఇంకా ప్రారంభ అన్వేషణ మరియు అభివృద్ధి దశలోనే ఉందని పై విశ్లేషణ చూపిస్తుంది. అధిక ప్రచారం నష్టం మరియు పరమాణు శోషణ కారణంగా, THz యాంటెనాలు సాధారణంగా ప్రసార దూరం మరియు కవరేజ్ ద్వారా పరిమితం చేయబడతాయి. కొన్ని అధ్యయనాలు THz బ్యాండ్‌లో తక్కువ ఆపరేటింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీలపై దృష్టి సారించాయి. ప్రస్తుతం ఉన్న టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నా పరిశోధన ప్రధానంగా విద్యుద్వాహక లెన్స్ యాంటెన్నాలను ఉపయోగించడం ద్వారా లాభాలను మెరుగుపరచడం మరియు తగిన అల్గారిథమ్‌లను ఉపయోగించడం ద్వారా కమ్యూనికేషన్ సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచడంపై దృష్టి పెడుతుంది. అదనంగా, టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నా ప్యాకేజింగ్ యొక్క సామర్థ్యాన్ని ఎలా మెరుగుపరచాలి అనేది కూడా చాలా తక్షణ సమస్య.
సాధారణ THz యాంటెనాలు
అనేక రకాల THz యాంటెనాలు అందుబాటులో ఉన్నాయి: కోనికల్ కావిటీస్‌తో కూడిన డైపోల్ యాంటెనాలు, మూలలో రిఫ్లెక్టర్ శ్రేణులు, బౌటీ డైపోల్స్, డైలెక్ట్రిక్ లెన్స్ ప్లానర్ యాంటెనాలు, THz సోర్స్ రేడియేషన్ సోర్స్‌లను రూపొందించడానికి ఫోటోకాండక్టివ్ యాంటెనాలు, హార్న్ యాంటెన్నాలు, THz యాంటెన్నాల ఆధారంగా మొదలైనవి. THz యాంటెన్నాలను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించే పదార్థాలు, వాటిని మెటల్ యాంటెన్నాలు (ప్రధానంగా హార్న్ యాంటెనాలు), విద్యుద్వాహక యాంటెనాలు (లెన్స్ యాంటెనాలు) మరియు కొత్త మెటీరియల్ యాంటెన్నాలుగా విభజించవచ్చు. ఈ విభాగం మొదట ఈ యాంటెన్నాల యొక్క ప్రాథమిక విశ్లేషణను ఇస్తుంది, ఆపై తదుపరి విభాగంలో, ఐదు సాధారణ THz యాంటెన్నాలు వివరంగా పరిచయం చేయబడతాయి మరియు లోతుగా విశ్లేషించబడతాయి.
1. మెటల్ యాంటెనాలు
హార్న్ యాంటెన్నా అనేది ఒక సాధారణ మెటల్ యాంటెన్నా, ఇది THz బ్యాండ్‌లో పని చేయడానికి రూపొందించబడింది. క్లాసిక్ మిల్లీమీటర్ వేవ్ రిసీవర్ యొక్క యాంటెన్నా ఒక శంఖాకార కొమ్ము. ముడతలు పెట్టిన మరియు డ్యూయల్-మోడ్ యాంటెన్నాలు భ్రమణ సౌష్టవ రేడియేషన్ నమూనాలు, అధిక లాభం 20 నుండి 30 dBi మరియు తక్కువ క్రాస్ పోలరైజేషన్ స్థాయి -30 dB మరియు 97% నుండి 98% వరకు కలపడం వంటి అనేక ప్రయోజనాలను కలిగి ఉన్నాయి. రెండు హార్న్ యాంటెన్నాల అందుబాటులో ఉన్న బ్యాండ్‌విడ్త్‌లు వరుసగా 30%-40% మరియు 6%-8%.
టెరాహెర్ట్జ్ తరంగాల ఫ్రీక్వెన్సీ చాలా ఎక్కువగా ఉన్నందున, హార్న్ యాంటెన్నా పరిమాణం చాలా తక్కువగా ఉంటుంది, ఇది హార్న్ యొక్క ప్రాసెసింగ్‌ను చాలా కష్టతరం చేస్తుంది, ముఖ్యంగా యాంటెన్నా శ్రేణుల రూపకల్పనలో మరియు ప్రాసెసింగ్ సాంకేతికత యొక్క సంక్లిష్టత అధిక ధరకు దారితీస్తుంది మరియు పరిమిత ఉత్పత్తి. కాంప్లెక్స్ హార్న్ డిజైన్ దిగువన తయారు చేయడంలో ఇబ్బంది కారణంగా, శంఖాకార లేదా శంఖాకార కొమ్ము రూపంలో ఒక సాధారణ హార్న్ యాంటెన్నా సాధారణంగా ఉపయోగించబడుతుంది, ఇది ఖర్చు మరియు ప్రక్రియ సంక్లిష్టతను తగ్గిస్తుంది మరియు యాంటెన్నా యొక్క రేడియేషన్ పనితీరును నిర్వహించవచ్చు. బాగా.
మరొక మెటల్ యాంటెన్నా అనేది ట్రావెలింగ్ వేవ్ పిరమిడ్ యాంటెన్నా, ఇందులో 1.2 మైక్రాన్ డైలెక్ట్రిక్ ఫిల్మ్‌పై అనుసంధానించబడిన ట్రావెలింగ్ వేవ్ యాంటెన్నా ఉంటుంది మరియు చిత్రం 7లో చూపిన విధంగా సిలికాన్ పొరపై చెక్కబడిన రేఖాంశ కుహరంలో సస్పెండ్ చేయబడింది. ఈ యాంటెన్నా బహిరంగ నిర్మాణం. Schottky డయోడ్‌లకు అనుకూలంగా ఉంటుంది. సాపేక్షంగా సరళమైన నిర్మాణం మరియు తక్కువ తయారీ అవసరాల కారణంగా, దీనిని సాధారణంగా 0.6 THz కంటే ఎక్కువ ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్‌లలో ఉపయోగించవచ్చు. అయినప్పటికీ, యాంటెన్నా యొక్క సైడ్‌లోబ్ స్థాయి మరియు క్రాస్-పోలరైజేషన్ స్థాయి ఎక్కువగా ఉంటుంది, బహుశా దాని ఓపెన్ స్ట్రక్చర్ కారణంగా. అందువల్ల, దాని కలపడం సామర్థ్యం సాపేక్షంగా తక్కువగా ఉంటుంది (సుమారు 50%).
మూర్తి 7 ట్రావెలింగ్ వేవ్ పిరమిడ్ యాంటెన్నా
2. విద్యుద్వాహక యాంటెన్నా
విద్యుద్వాహక యాంటెన్నా అనేది విద్యుద్వాహక ఉపరితలం మరియు యాంటెన్నా రేడియేటర్ కలయిక. సరైన డిజైన్ ద్వారా, విద్యుద్వాహక యాంటెన్నా డిటెక్టర్‌తో ఇంపెడెన్స్ మ్యాచింగ్‌ను సాధించగలదు మరియు సాధారణ ప్రక్రియ, సులభమైన ఏకీకరణ మరియు తక్కువ ధర వంటి ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంటుంది. ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, పరిశోధకులు అనేక నారోబ్యాండ్ మరియు బ్రాడ్‌బ్యాండ్ సైడ్-ఫైర్ యాంటెన్నాలను రూపొందించారు, ఇవి టెరాహెర్ట్జ్ డైలెక్ట్రిక్ యాంటెన్నాల యొక్క తక్కువ-ఇంపెడెన్స్ డిటెక్టర్‌లతో సరిపోలగలవు: సీతాకోకచిలుక యాంటెన్నా, డబుల్ U-ఆకారపు యాంటెన్నా, లాగ్-పీరియాడిక్ యాంటెన్నా మరియు లాగ్-పీరియాడిక్ సైనూసోయిడల్ యాంటెన్నా. మూర్తి 8లో చూపబడింది. అదనంగా, జన్యు అల్గారిథమ్‌ల ద్వారా మరింత సంక్లిష్టమైన యాంటెన్నా జ్యామితిని రూపొందించవచ్చు.
మూర్తి 8 నాలుగు రకాల ప్లానర్ యాంటెన్నాలు
అయినప్పటికీ, విద్యుద్వాహక యాంటెన్నా విద్యుద్వాహక ఉపరితలంతో కలిపినందున, ఫ్రీక్వెన్సీ THz బ్యాండ్‌కు మారినప్పుడు ఉపరితల తరంగ ప్రభావం ఏర్పడుతుంది. ఈ ప్రాణాంతకమైన ప్రతికూలత ఆపరేషన్ సమయంలో యాంటెన్నా చాలా శక్తిని కోల్పోయేలా చేస్తుంది మరియు యాంటెన్నా రేడియేషన్ సామర్థ్యంలో గణనీయమైన తగ్గింపుకు దారి తీస్తుంది. మూర్తి 9లో చూపినట్లుగా, యాంటెన్నా రేడియేషన్ కోణం కటాఫ్ కోణం కంటే ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, దాని శక్తి విద్యుద్వాహక ఉపరితలంలో పరిమితం చేయబడుతుంది మరియు సబ్‌స్ట్రేట్ మోడ్‌తో జతచేయబడుతుంది.
మూర్తి 9 యాంటెన్నా ఉపరితల తరంగ ప్రభావం
సబ్‌స్ట్రేట్ యొక్క మందం పెరిగేకొద్దీ, అధిక-ఆర్డర్ మోడ్‌ల సంఖ్య పెరుగుతుంది మరియు యాంటెన్నా మరియు సబ్‌స్ట్రేట్ మధ్య కలపడం పెరుగుతుంది, ఫలితంగా శక్తి నష్టం జరుగుతుంది. ఉపరితల తరంగ ప్రభావాన్ని బలహీనపరిచేందుకు, మూడు ఆప్టిమైజేషన్ పథకాలు ఉన్నాయి:
1) విద్యుదయస్కాంత తరంగాల బీమ్‌ఫార్మింగ్ లక్షణాలను ఉపయోగించడం ద్వారా లాభాన్ని పెంచడానికి యాంటెన్నాపై లెన్స్‌ను లోడ్ చేయండి.
2) విద్యుదయస్కాంత తరంగాల యొక్క హై-ఆర్డర్ మోడ్‌ల ఉత్పత్తిని అణిచివేసేందుకు సబ్‌స్ట్రేట్ యొక్క మందాన్ని తగ్గించండి.
3) సబ్‌స్ట్రేట్ విద్యుద్వాహక పదార్థాన్ని విద్యుదయస్కాంత బ్యాండ్ గ్యాప్ (EBG)తో భర్తీ చేయండి. EBG యొక్క ప్రాదేశిక వడపోత లక్షణాలు హై-ఆర్డర్ మోడ్‌లను అణచివేయగలవు.
3. కొత్త మెటీరియల్ యాంటెనాలు
పై రెండు యాంటెన్నాలతో పాటు, కొత్త పదార్థాలతో తయారు చేసిన టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నా కూడా ఉంది. ఉదాహరణకు, 2006లో, జిన్ హావో మరియు ఇతరులు. కార్బన్ నానోట్యూబ్ డైపోల్ యాంటెన్నాను ప్రతిపాదించింది. మూర్తి 10 (a)లో చూపినట్లుగా, డైపోల్ లోహ పదార్థాలకు బదులుగా కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లతో తయారు చేయబడింది. అతను కార్బన్ నానోట్యూబ్ డైపోల్ యాంటెన్నా యొక్క ఇన్ఫ్రారెడ్ మరియు ఆప్టికల్ లక్షణాలను జాగ్రత్తగా అధ్యయనం చేశాడు మరియు ఇన్‌పుట్ ఇంపెడెన్స్, కరెంట్ డిస్ట్రిబ్యూషన్, గెయిన్, ఎఫిషియెన్సీ మరియు రేడియేషన్ ప్యాటర్న్ వంటి పరిమిత-పొడవు కార్బన్ నానోట్యూబ్ డైపోల్ యాంటెన్నా యొక్క సాధారణ లక్షణాలను చర్చించాడు. మూర్తి 10 (బి) కార్బన్ నానోట్యూబ్ డైపోల్ యాంటెన్నా యొక్క ఇన్‌పుట్ ఇంపెడెన్స్ మరియు ఫ్రీక్వెన్సీ మధ్య సంబంధాన్ని చూపుతుంది. మూర్తి 10(బి)లో చూడగలిగినట్లుగా, ఇన్‌పుట్ ఇంపెడెన్స్ యొక్క ఊహాత్మక భాగం అధిక పౌనఃపున్యాల వద్ద బహుళ సున్నాలను కలిగి ఉంటుంది. యాంటెన్నా వివిధ పౌనఃపున్యాల వద్ద బహుళ ప్రతిధ్వనిని సాధించగలదని ఇది సూచిస్తుంది. సహజంగానే, కార్బన్ నానోట్యూబ్ యాంటెన్నా ఒక నిర్దిష్ట ఫ్రీక్వెన్సీ పరిధిలో (తక్కువ THz ఫ్రీక్వెన్సీలు) ప్రతిధ్వనిని ప్రదర్శిస్తుంది, కానీ ఈ పరిధి వెలుపల పూర్తిగా ప్రతిధ్వనించలేకపోతుంది.
మూర్తి 10 (ఎ) కార్బన్ నానోట్యూబ్ డైపోల్ యాంటెన్నా. (బి) ఇన్‌పుట్ ఇంపెడెన్స్-ఫ్రీక్వెన్సీ కర్వ్
2012లో, సమీర్ F. మహమూద్ మరియు అయద్ R. అల్అజ్మీ కార్బన్ నానోట్యూబ్‌ల ఆధారంగా కొత్త టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నా నిర్మాణాన్ని ప్రతిపాదించారు, ఇందులో రెండు విద్యుద్వాహక పొరలలో చుట్టబడిన కార్బన్ నానోట్యూబ్‌ల బండిల్ ఉంటుంది. లోపలి విద్యుద్వాహక పొర ఒక విద్యుద్వాహక ఫోమ్ పొర, మరియు బయటి విద్యుద్వాహక పొర మెటామెటీరియల్ పొర. నిర్దిష్ట నిర్మాణం మూర్తి 11లో చూపబడింది. పరీక్ష ద్వారా, యాంటెన్నా యొక్క రేడియేషన్ పనితీరు సింగిల్-వాల్డ్ కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లతో పోలిస్తే మెరుగుపరచబడింది.
మూర్తి 11 కార్బన్ నానోట్యూబ్‌ల ఆధారంగా కొత్త టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నా
పైన ప్రతిపాదించిన కొత్త మెటీరియల్ టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెనాలు ప్రధానంగా త్రిమితీయంగా ఉంటాయి. యాంటెన్నా యొక్క బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను మెరుగుపరచడానికి మరియు కన్ఫార్మల్ యాంటెన్నాలను తయారు చేయడానికి, ప్లానార్ గ్రాఫేన్ యాంటెన్నాలు విస్తృతంగా దృష్టిని ఆకర్షించాయి. గ్రాఫేన్ అద్భుతమైన డైనమిక్ నిరంతర నియంత్రణ లక్షణాలను కలిగి ఉంది మరియు బయాస్ వోల్టేజీని సర్దుబాటు చేయడం ద్వారా ఉపరితల ప్లాస్మాను ఉత్పత్తి చేయగలదు. సానుకూల విద్యుద్వాహక స్థిరమైన సబ్‌స్ట్రేట్‌లు (Si, SiO2, మొదలైనవి) మరియు ప్రతికూల విద్యుద్వాహక స్థిరాంకం సబ్‌స్ట్రేట్‌లు (విలువైన లోహాలు, గ్రాఫేన్ మొదలైనవి) మధ్య ఇంటర్‌ఫేస్‌లో ఉపరితల ప్లాస్మా ఉంది. విలువైన లోహాలు మరియు గ్రాఫేన్ వంటి కండక్టర్లలో పెద్ద సంఖ్యలో "ఉచిత ఎలక్ట్రాన్లు" ఉన్నాయి. ఈ ఉచిత ఎలక్ట్రాన్లను ప్లాస్మా అని కూడా అంటారు. కండక్టర్‌లోని స్వాభావిక సంభావ్య క్షేత్రం కారణంగా, ఈ ప్లాస్మాలు స్థిరమైన స్థితిలో ఉంటాయి మరియు బయటి ప్రపంచం ద్వారా కలవరపడవు. సంఘటన విద్యుదయస్కాంత తరంగ శక్తిని ఈ ప్లాస్మాలకు కలిపినప్పుడు, ప్లాస్మా స్థిరమైన స్థితి నుండి వైదొలిగి కంపిస్తుంది. మార్పిడి తర్వాత, విద్యుదయస్కాంత మోడ్ ఇంటర్‌ఫేస్ వద్ద విలోమ అయస్కాంత తరంగాన్ని ఏర్పరుస్తుంది. డ్రూడ్ మోడల్ ద్వారా లోహ ఉపరితల ప్లాస్మా యొక్క వ్యాప్తి సంబంధం యొక్క వివరణ ప్రకారం, లోహాలు సహజంగా ఖాళీ స్థలంలో విద్యుదయస్కాంత తరంగాలతో జత చేయలేవు మరియు శక్తిని మార్చలేవు. ఉపరితల ప్లాస్మా తరంగాలను ఉత్తేజపరిచేందుకు ఇతర పదార్థాలను ఉపయోగించడం అవసరం. ఉపరితల ప్లాస్మా తరంగాలు మెటల్-సబ్‌స్ట్రేట్ ఇంటర్‌ఫేస్ యొక్క సమాంతర దిశలో వేగంగా క్షీణిస్తాయి. మెటల్ కండక్టర్ ఉపరితలానికి లంబంగా దిశలో నిర్వహించినప్పుడు, చర్మం ప్రభావం ఏర్పడుతుంది. సహజంగానే, యాంటెన్నా యొక్క చిన్న పరిమాణం కారణంగా, అధిక ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్‌లో స్కిన్ ఎఫెక్ట్ ఉంది, దీని వలన యాంటెన్నా పనితీరు తీవ్రంగా పడిపోతుంది మరియు టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాల అవసరాలను తీర్చలేము. గ్రాఫేన్ యొక్క ఉపరితల ప్లాస్మోన్ అధిక బైండింగ్ ఫోర్స్ మరియు తక్కువ నష్టాన్ని కలిగి ఉండటమే కాకుండా నిరంతర విద్యుత్ ట్యూనింగ్‌కు మద్దతు ఇస్తుంది. అదనంగా, టెరాహెర్ట్జ్ బ్యాండ్‌లో గ్రాఫేన్ సంక్లిష్ట వాహకతను కలిగి ఉంటుంది. కాబట్టి, స్లో వేవ్ ప్రచారం టెరాహెర్ట్జ్ ఫ్రీక్వెన్సీల వద్ద ప్లాస్మా మోడ్‌కు సంబంధించినది. ఈ లక్షణాలు టెరాహెర్ట్జ్ బ్యాండ్‌లోని లోహ పదార్థాలను భర్తీ చేయడానికి గ్రాఫేన్ యొక్క సాధ్యతను పూర్తిగా ప్రదర్శిస్తాయి.
గ్రాఫేన్ ఉపరితల ప్లాస్మోన్‌ల ధ్రువణ ప్రవర్తన ఆధారంగా, మూర్తి 12 కొత్త రకం స్ట్రిప్ యాంటెన్నాను చూపుతుంది మరియు గ్రాఫేన్‌లోని ప్లాస్మా తరంగాల ప్రచార లక్షణాల బ్యాండ్ ఆకారాన్ని ప్రతిపాదిస్తుంది. ట్యూనబుల్ యాంటెన్నా బ్యాండ్ రూపకల్పన కొత్త మెటీరియల్ టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాల ప్రచార లక్షణాలను అధ్యయనం చేయడానికి కొత్త మార్గాన్ని అందిస్తుంది.
మూర్తి 12 కొత్త స్ట్రిప్ యాంటెన్నా
యూనిట్ కొత్త మెటీరియల్ టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నా ఎలిమెంట్‌లను అన్వేషించడంతో పాటు, టెరాహెర్ట్జ్ మల్టీ-ఇన్‌పుట్ మల్టీ-అవుట్‌పుట్ యాంటెన్నా కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్‌లను రూపొందించడానికి గ్రాఫేన్ నానోప్యాచ్ టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాలను కూడా శ్రేణులుగా రూపొందించవచ్చు. యాంటెన్నా నిర్మాణం మూర్తి 13లో చూపబడింది. గ్రాఫేన్ నానోప్యాచ్ యాంటెన్నాల యొక్క ప్రత్యేక లక్షణాల ఆధారంగా, యాంటెన్నా మూలకాలు మైక్రాన్-స్థాయి కొలతలు కలిగి ఉంటాయి. రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ నేరుగా ఒక సన్నని నికెల్ పొరపై వివిధ గ్రాఫేన్ చిత్రాలను సంశ్లేషణ చేస్తుంది మరియు వాటిని ఏదైనా ఉపరితలానికి బదిలీ చేస్తుంది. తగిన సంఖ్యలో భాగాలను ఎంచుకోవడం ద్వారా మరియు ఎలెక్ట్రోస్టాటిక్ బయాస్ వోల్టేజ్‌ను మార్చడం ద్వారా, రేడియేషన్ దిశను సమర్థవంతంగా మార్చవచ్చు, ఇది సిస్టమ్‌ను పునర్నిర్మించదగినదిగా చేస్తుంది.
మూర్తి 13 గ్రాఫేన్ నానోప్యాచ్ టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నా అర్రే
కొత్త పదార్థాల పరిశోధన సాపేక్షంగా కొత్త దిశ. మెటీరియల్స్ యొక్క ఆవిష్కరణ సాంప్రదాయ యాంటెన్నాల పరిమితులను అధిగమించి, పునర్నిర్మించదగిన మెటామెటీరియల్స్, టూ-డైమెన్షనల్ (2D) మెటీరియల్స్ వంటి అనేక రకాల కొత్త యాంటెన్నాలను అభివృద్ధి చేస్తుందని భావిస్తున్నారు. అయితే, ఈ రకమైన యాంటెన్నా ప్రధానంగా కొత్త ఆవిష్కరణపై ఆధారపడి ఉంటుంది. పదార్థాలు మరియు ప్రక్రియ సాంకేతికత అభివృద్ధి. ఏదైనా సందర్భంలో, టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాల అభివృద్ధికి అధిక లాభం, తక్కువ ధర మరియు విస్తృత బ్యాండ్‌విడ్త్ అవసరాలను తీర్చడానికి వినూత్న పదార్థాలు, ఖచ్చితమైన ప్రాసెసింగ్ సాంకేతికత మరియు నవల డిజైన్ నిర్మాణాలు అవసరం.
కిందివి మూడు రకాల టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాల యొక్క ప్రాథమిక సూత్రాలను పరిచయం చేస్తాయి: మెటల్ యాంటెనాలు, విద్యుద్వాహక యాంటెనాలు మరియు కొత్త మెటీరియల్ యాంటెనాలు, మరియు వాటి తేడాలు మరియు ప్రయోజనాలు మరియు అప్రయోజనాలను విశ్లేషిస్తుంది.
1. మెటల్ యాంటెన్నా: జ్యామితి సరళమైనది, ప్రాసెస్ చేయడం సులభం, సాపేక్షంగా తక్కువ ధర మరియు ఉపరితల పదార్థాలకు తక్కువ అవసరాలు. అయినప్పటికీ, లోహ యాంటెన్నాలు యాంటెన్నా యొక్క స్థానాన్ని సర్దుబాటు చేయడానికి యాంత్రిక పద్ధతిని ఉపయోగిస్తాయి, ఇది లోపాలకు గురవుతుంది. సర్దుబాటు సరిగ్గా లేకుంటే, యాంటెన్నా పనితీరు బాగా తగ్గిపోతుంది. మెటల్ యాంటెన్నా పరిమాణంలో చిన్నది అయినప్పటికీ, ప్లానర్ సర్క్యూట్‌తో సమీకరించడం కష్టం.
2. విద్యుద్వాహక యాంటెన్నా: విద్యుద్వాహక యాంటెన్నా తక్కువ ఇన్‌పుట్ ఇంపెడెన్స్‌ను కలిగి ఉంటుంది, తక్కువ ఇంపెడెన్స్ డిటెక్టర్‌తో సరిపోలడం సులభం మరియు ప్లానార్ సర్క్యూట్‌తో కనెక్ట్ చేయడం చాలా సులభం. విద్యుద్వాహక యాంటెన్నాల రేఖాగణిత ఆకృతులలో సీతాకోకచిలుక ఆకారం, డబుల్ U ఆకారం, సంప్రదాయ సంవర్గమాన ఆకారం మరియు లాగరిథమిక్ ఆవర్తన సైన్ ఆకారం ఉన్నాయి. అయినప్పటికీ, విద్యుద్వాహక యాంటెన్నాలు కూడా ప్రాణాంతకమైన లోపాన్ని కలిగి ఉంటాయి, అవి మందపాటి ఉపరితలం వల్ల కలిగే ఉపరితల తరంగ ప్రభావం. లెన్స్‌ను లోడ్ చేయడం మరియు డీఎలెక్ట్రిక్ సబ్‌స్ట్రేట్‌ను EBG స్ట్రక్చర్‌తో భర్తీ చేయడం దీనికి పరిష్కారం. రెండు పరిష్కారాలకు ప్రక్రియ సాంకేతికత మరియు మెటీరియల్‌ల యొక్క ఆవిష్కరణ మరియు నిరంతర మెరుగుదల అవసరం, అయితే వాటి అద్భుతమైన పనితీరు (ఓమ్నిడైరెక్షనల్ మరియు సర్ఫేస్ వేవ్ సప్రెషన్ వంటివి) టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాల పరిశోధన కోసం కొత్త ఆలోచనలను అందించగలవు.
3. కొత్త మెటీరియల్ యాంటెనాలు: ప్రస్తుతం, కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లతో చేసిన కొత్త డైపోల్ యాంటెనాలు మరియు మెటామెటీరియల్స్‌తో చేసిన కొత్త యాంటెన్నా నిర్మాణాలు కనిపించాయి. కొత్త పదార్థాలు కొత్త పనితీరు పురోగతులను తీసుకురాగలవు, అయితే మెటీరియల్ సైన్స్ యొక్క ఆవిష్కరణ ఆవరణ. ప్రస్తుతం, కొత్త మెటీరియల్ యాంటెన్నాలపై పరిశోధన ఇంకా అన్వేషణ దశలోనే ఉంది మరియు అనేక కీలక సాంకేతికతలు తగినంతగా పరిణతి చెందలేదు.
సారాంశంలో, డిజైన్ అవసరాలకు అనుగుణంగా వివిధ రకాల టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాలను ఎంచుకోవచ్చు:
1) సాధారణ డిజైన్ మరియు తక్కువ ఉత్పత్తి ఖర్చు అవసరమైతే, మెటల్ యాంటెన్నాలను ఎంచుకోవచ్చు.
2) అధిక ఏకీకరణ మరియు తక్కువ ఇన్‌పుట్ ఇంపెడెన్స్ అవసరమైతే, విద్యుద్వాహక యాంటెన్నాలను ఎంచుకోవచ్చు.
3) పనితీరులో పురోగతి అవసరమైతే, కొత్త మెటీరియల్ యాంటెన్నాలను ఎంచుకోవచ్చు.
పైన పేర్కొన్న డిజైన్లను నిర్దిష్ట అవసరాలకు అనుగుణంగా కూడా సర్దుబాటు చేయవచ్చు. ఉదాహరణకు, రెండు రకాల యాంటెన్నాలను మరింత ప్రయోజనాలను పొందేందుకు కలపవచ్చు, అయితే అసెంబ్లీ పద్ధతి మరియు డిజైన్ టెక్నాలజీ మరింత కఠినమైన అవసరాలను తీర్చాలి.
యాంటెన్నాల గురించి మరింత తెలుసుకోవడానికి, దయచేసి సందర్శించండి:
పోస్ట్ సమయం: ఆగస్ట్-02-2024
