వైర్‌లెస్ పరికరాల పెరుగుతున్న ప్రజాదరణతో, డేటా సేవలు కొత్త వేగవంతమైన అభివృద్ధి కాలంలోకి ప్రవేశించాయి, దీనిని డేటా సేవల పేలుడు వృద్ధి అని కూడా పిలుస్తారు. ప్రస్తుతం, పెద్ద సంఖ్యలో అప్లికేషన్లు కంప్యూటర్ల నుండి మొబైల్ ఫోన్‌ల వంటి వైర్‌లెస్ పరికరాలకు క్రమంగా వలసపోతున్నాయి, ఇవి నిజ సమయంలో సులభంగా తీసుకెళ్లగల మరియు పనిచేయగలవి, కానీ ఈ పరిస్థితి డేటా ట్రాఫిక్‌లో వేగవంతమైన పెరుగుదలకు మరియు బ్యాండ్‌విడ్త్ వనరుల కొరతకు దారితీసింది. గణాంకాల ప్రకారం, మార్కెట్‌లోని డేటా రేటు రాబోయే 10 నుండి 15 సంవత్సరాలలో Gbps లేదా Tbpsకి చేరుకోవచ్చు. ప్రస్తుతం, THz కమ్యూనికేషన్ Gbps డేటా రేటుకు చేరుకుంది, అయితే Tbps డేటా రేటు ఇప్పటికీ అభివృద్ధి ప్రారంభ దశలోనే ఉంది. సంబంధిత పత్రం THz బ్యాండ్ ఆధారంగా Gbps డేటా రేట్లలో తాజా పురోగతిని జాబితా చేస్తుంది మరియు ధ్రువణ మల్టీప్లెక్సింగ్ ద్వారా Tbps పొందవచ్చని అంచనా వేస్తుంది. అందువల్ల, డేటా ట్రాన్స్‌మిషన్ రేటును పెంచడానికి, ఒక సాధ్యమైన పరిష్కారం కొత్త ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్‌ను అభివృద్ధి చేయడం, ఇది టెరాహెర్ట్జ్ బ్యాండ్, ఇది మైక్రోవేవ్‌లు మరియు ఇన్ఫ్రారెడ్ లైట్ మధ్య "ఖాళీ ప్రాంతం"లో ఉంటుంది. 2019లో జరిగిన ITU వరల్డ్ రేడియోకమ్యూనికేషన్ కాన్ఫరెన్స్ (WRC-19)లో, స్థిర మరియు ల్యాండ్ మొబైల్ సేవల కోసం 275-450GHz ఫ్రీక్వెన్సీ పరిధిని ఉపయోగించారు. టెరాహెర్ట్జ్ వైర్‌లెస్ కమ్యూనికేషన్ వ్యవస్థలు చాలా మంది పరిశోధకుల దృష్టిని ఆకర్షించాయని చూడవచ్చు.
టెరాహెర్ట్జ్ విద్యుదయస్కాంత తరంగాలను సాధారణంగా 0.1-10THz (1THz=1012Hz) ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్‌గా నిర్వచించారు, దీని తరంగదైర్ఘ్యం 0.03-3 mm. IEEE ప్రమాణం ప్రకారం, టెరాహెర్ట్జ్ తరంగాలను 0.3-10THzగా నిర్వచించారు. టెరాహెర్ట్జ్ ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్ మైక్రోవేవ్‌లు మరియు ఇన్ఫ్రారెడ్ కాంతి మధ్య ఉందని చిత్రం 1 చూపిస్తుంది.
చిత్రం 1 THz ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్ యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం.
టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాల అభివృద్ధి
టెరాహెర్ట్జ్ పరిశోధన 19వ శతాబ్దంలో ప్రారంభమైనప్పటికీ, ఆ సమయంలో దీనిని స్వతంత్ర రంగంగా అధ్యయనం చేయలేదు. టెరాహెర్ట్జ్ రేడియేషన్‌పై పరిశోధన ప్రధానంగా దూర-ఇన్ఫ్రారెడ్ బ్యాండ్‌పై దృష్టి పెట్టింది. 20వ శతాబ్దం మధ్య నుండి చివరి వరకు పరిశోధకులు మిల్లీమీటర్ వేవ్ పరిశోధనను టెరాహెర్ట్జ్ బ్యాండ్‌కు ముందుకు తీసుకెళ్లడం మరియు ప్రత్యేకమైన టెరాహెర్ట్జ్ టెక్నాలజీ పరిశోధనను నిర్వహించడం ప్రారంభించారు.
1980లలో, టెరాహెర్ట్జ్ రేడియేషన్ మూలాల ఆవిర్భావంతో ఆచరణాత్మక వ్యవస్థలలో టెరాహెర్ట్జ్ తరంగాల అప్లికేషన్ సాధ్యమైంది. 21వ శతాబ్దం నుండి, వైర్‌లెస్ కమ్యూనికేషన్ టెక్నాలజీ వేగంగా అభివృద్ధి చెందింది మరియు సమాచారం కోసం ప్రజల డిమాండ్ మరియు కమ్యూనికేషన్ పరికరాల పెరుగుదల కమ్యూనికేషన్ డేటా ప్రసార రేటుపై మరింత కఠినమైన అవసరాలను ముందుకు తెచ్చాయి. అందువల్ల, భవిష్యత్ కమ్యూనికేషన్ టెక్నాలజీ యొక్క సవాళ్లలో ఒకటి ఒకే చోట సెకనుకు గిగాబిట్‌ల అధిక డేటా రేటుతో పనిచేయడం. ప్రస్తుత ఆర్థిక అభివృద్ధిలో, స్పెక్ట్రమ్ వనరులు చాలా తక్కువగా మారాయి. అయితే, కమ్యూనికేషన్ సామర్థ్యం మరియు వేగం కోసం మానవ అవసరాలు అంతులేనివి. స్పెక్ట్రమ్ రద్దీ సమస్యకు, అనేక కంపెనీలు స్పెక్ట్రమ్ సామర్థ్యం మరియు ప్రాదేశిక మల్టీప్లెక్సింగ్ ద్వారా సిస్టమ్ సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచడానికి బహుళ-ఇన్‌పుట్ బహుళ-అవుట్‌పుట్ (MIMO) సాంకేతికతను ఉపయోగిస్తాయి. 5G నెట్‌వర్క్‌ల అభివృద్ధితో, ప్రతి వినియోగదారు యొక్క డేటా కనెక్షన్ వేగం Gbpsని మించిపోతుంది మరియు బేస్ స్టేషన్ల డేటా ట్రాఫిక్ కూడా గణనీయంగా పెరుగుతుంది. సాంప్రదాయ మిల్లీమీటర్ వేవ్ కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్‌ల కోసం, మైక్రోవేవ్ లింక్‌లు ఈ భారీ డేటా స్ట్రీమ్‌లను నిర్వహించలేవు. అదనంగా, దృష్టి రేఖ ప్రభావం కారణంగా, ఇన్ఫ్రారెడ్ కమ్యూనికేషన్ యొక్క ప్రసార దూరం తక్కువగా ఉంటుంది మరియు దాని కమ్యూనికేషన్ పరికరాల స్థానం స్థిరంగా ఉంటుంది. అందువల్ల, మైక్రోవేవ్‌లు మరియు ఇన్ఫ్రారెడ్ మధ్య ఉన్న THz తరంగాలను THz లింక్‌లను ఉపయోగించడం ద్వారా హై-స్పీడ్ కమ్యూనికేషన్ వ్యవస్థలను నిర్మించడానికి మరియు డేటా ట్రాన్స్‌మిషన్ రేట్లను పెంచడానికి ఉపయోగించవచ్చు.
టెరాహెర్ట్జ్ తరంగాలు విస్తృత కమ్యూనికేషన్ బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను అందించగలవు మరియు దాని ఫ్రీక్వెన్సీ పరిధి మొబైల్ కమ్యూనికేషన్‌ల కంటే దాదాపు 1000 రెట్లు ఉంటుంది. అందువల్ల, అల్ట్రా-హై-స్పీడ్ వైర్‌లెస్ కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్‌లను నిర్మించడానికి THzని ఉపయోగించడం అనేది అధిక డేటా రేట్ల సవాలుకు ఒక ఆశాజనక పరిష్కారం, ఇది అనేక పరిశోధన బృందాలు మరియు పరిశ్రమల ఆసక్తిని ఆకర్షించింది. సెప్టెంబర్ 2017లో, మొదటి THz వైర్‌లెస్ కమ్యూనికేషన్ ప్రమాణం 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 బ్యాండ్‌విడ్త్‌ల వద్ద 100 Gbps వరకు డేటా రేట్లను సాధించగలదు.
0.12 THz యొక్క మొదటి విజయవంతమైన THz కమ్యూనికేషన్ వ్యవస్థ 2004 లో స్థాపించబడింది మరియు 0.3 THz యొక్క THz కమ్యూనికేషన్ వ్యవస్థ 2013 లో గ్రహించబడింది. 2004 నుండి 2013 వరకు జపాన్‌లో టెరాహెర్ట్జ్ కమ్యూనికేషన్ వ్యవస్థల పరిశోధన పురోగతిని టేబుల్ 1 జాబితా చేస్తుంది.
2004 నుండి 2013 వరకు జపాన్‌లో టెరాహెర్ట్జ్ కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్‌ల పరిశోధన పురోగతి పట్టిక 1.
2004లో అభివృద్ధి చేయబడిన కమ్యూనికేషన్ వ్యవస్థ యొక్క యాంటెన్నా నిర్మాణాన్ని 2005లో నిప్పాన్ టెలిగ్రాఫ్ మరియు టెలిఫోన్ కార్పొరేషన్ (NTT) వివరంగా వివరించింది. చిత్రం 2లో చూపిన విధంగా, యాంటెన్నా కాన్ఫిగరేషన్ రెండు సందర్భాలలో ప్రవేశపెట్టబడింది.
చిత్రం 2 జపాన్ యొక్క NTT 120 GHz వైర్‌లెస్ కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్ యొక్క స్కీమాటిక్ రేఖాచిత్రం
ఈ వ్యవస్థ ఫోటోఎలెక్ట్రిక్ మార్పిడి మరియు యాంటెన్నాను అనుసంధానిస్తుంది మరియు రెండు పని విధానాలను స్వీకరిస్తుంది:
1. దగ్గరి-శ్రేణి ఇండోర్ వాతావరణంలో, ఇంటి లోపల ఉపయోగించే ప్లానార్ యాంటెన్నా ట్రాన్స్మిటర్‌లో చిత్రం 2(a)లో చూపిన విధంగా, సింగిల్-లైన్ క్యారియర్ ఫోటోడియోడ్ (UTC-PD) చిప్, ప్లానార్ స్లాట్ యాంటెన్నా మరియు సిలికాన్ లెన్స్ ఉంటాయి.
2. సుదూర 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 లెన్స్‌ను ఉపయోగిస్తుంది. ఫీడ్ హార్న్ మరియు డైఎలెక్ట్రిక్ లెన్స్ కలయిక చిత్రం 2(b)లో చూపబడింది.
0.12 THz కమ్యూనికేషన్ వ్యవస్థను అభివృద్ధి చేయడంతో పాటు, NTT 2012లో 0.3THz కమ్యూనికేషన్ వ్యవస్థను కూడా అభివృద్ధి చేసింది. నిరంతర ఆప్టిమైజేషన్ ద్వారా, ప్రసార రేటు 100Gbps వరకు ఉంటుంది. టేబుల్ 1 నుండి చూడగలిగినట్లుగా, ఇది టెరాహెర్ట్జ్ కమ్యూనికేషన్ అభివృద్ధికి గొప్ప సహకారాన్ని అందించింది. అయితే, ప్రస్తుత పరిశోధన పని తక్కువ ఆపరేటింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీ, పెద్ద పరిమాణం మరియు అధిక ధర వంటి ప్రతికూలతలను కలిగి ఉంది.
ప్రస్తుతం ఉపయోగిస్తున్న టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాల్లో ఎక్కువ భాగం మిల్లీమీటర్ వేవ్ యాంటెన్నాల నుండి సవరించబడ్డాయి మరియు టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాల్లో చాలా 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. చిత్రం 3 (ఎ) ఫోటోనిక్స్ మరియు ఎలక్ట్రానిక్స్‌లను కలిపే ప్రతినిధి THz వైర్‌లెస్ కమ్యూనికేషన్ వ్యవస్థను చూపిస్తుంది. చిత్రం 3 (బి) విండ్ టన్నెల్ పరీక్ష దృశ్యాన్ని చూపిస్తుంది. జర్మనీలో ప్రస్తుత పరిశోధన పరిస్థితిని బట్టి చూస్తే, దాని పరిశోధన మరియు అభివృద్ధి తక్కువ ఆపరేటింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీ, అధిక ధర మరియు తక్కువ సామర్థ్యం వంటి ప్రతికూలతలను కూడా కలిగి ఉంది.
జర్మనీలో THz కమ్యూనికేషన్ యొక్క పట్టిక 2 పరిశోధన పురోగతి
చిత్రం 3 విండ్ టన్నెల్ పరీక్షా దృశ్యం
CSIRO ICT సెంటర్ THz ఇండోర్ వైర్‌లెస్ కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్‌లపై పరిశోధనను కూడా ప్రారంభించింది. ఈ కేంద్రం సంవత్సరం మరియు కమ్యూనికేషన్ ఫ్రీక్వెన్సీ మధ్య సంబంధాన్ని అధ్యయనం చేసింది, చిత్రం 4లో చూపిన విధంగా. చిత్రం 4 నుండి చూడగలిగినట్లుగా, 2020 నాటికి, వైర్‌లెస్ కమ్యూనికేషన్‌లపై పరిశోధన THz బ్యాండ్‌కు మొగ్గు చూపుతుంది. రేడియో స్పెక్ట్రమ్‌ను ఉపయోగించే గరిష్ట కమ్యూనికేషన్ ఫ్రీక్వెన్సీ ప్రతి ఇరవై సంవత్సరాలకు పది రెట్లు పెరుగుతుంది. THz యాంటెన్నాలు మరియు THz కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్‌ల కోసం హార్న్‌లు మరియు లెన్స్‌లు వంటి ప్రతిపాదిత సాంప్రదాయ యాంటెన్నాల అవసరాలపై కేంద్రం సిఫార్సులు చేసింది. చిత్రం 5లో చూపిన విధంగా, రెండు హార్న్ యాంటెన్నాలు వరుసగా 0.84THz మరియు 1.7THz వద్ద పనిచేస్తాయి, సరళమైన నిర్మాణం మరియు మంచి గాసియన్ బీమ్ పనితీరుతో.
చిత్రం 4 సంవత్సరం మరియు పౌనఃపున్యం మధ్య సంబంధం
RM-BDHA818-20A పరిచయం
RM-DCPHA105145-20 పరిచయం
చిత్రం 5 రెండు రకాల హార్న్ యాంటెన్నాలు
టెరాహెర్ట్జ్ తరంగాల ఉద్గారం మరియు గుర్తింపుపై యునైటెడ్ స్టేట్స్ విస్తృత పరిశోధనలు నిర్వహించింది. ప్రసిద్ధ టెరాహెర్ట్జ్ పరిశోధన 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 యాంటెన్నాలు రూపొందించబడ్డాయి, ఉదాహరణకు బౌటీ యాంటెన్నాలు మరియు ఫ్రీక్వెన్సీ బీమ్ స్టీరింగ్ యాంటెన్నాలు. టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాల అభివృద్ధి ప్రకారం, ప్రస్తుతం టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాల కోసం మూడు ప్రాథమిక డిజైన్ ఆలోచనలను మనం పొందవచ్చు, చిత్రం 6లో చూపిన విధంగా.
చిత్రం 6 టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాల కోసం మూడు ప్రాథమిక డిజైన్ ఆలోచనలు
పైన పేర్కొన్న విశ్లేషణ ప్రకారం, అనేక దేశాలు టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాలపై ఎక్కువ శ్రద్ధ చూపినప్పటికీ, అవి ఇప్పటికీ ప్రారంభ అన్వేషణ మరియు అభివృద్ధి దశలోనే ఉన్నాయి. అధిక ప్రచార నష్టం మరియు పరమాణు శోషణ కారణంగా, THz యాంటెన్నాలు సాధారణంగా ప్రసార దూరం మరియు కవరేజ్ ద్వారా పరిమితం చేయబడతాయి. కొన్ని అధ్యయనాలు THz బ్యాండ్‌లో తక్కువ ఆపరేటింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీలపై దృష్టి పెడతాయి. ఇప్పటికే ఉన్న టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్న పరిశోధన ప్రధానంగా డైఎలెక్ట్రిక్ లెన్స్ యాంటెన్నాలు మొదలైన వాటిని ఉపయోగించడం ద్వారా లాభాలను మెరుగుపరచడం మరియు తగిన అల్గారిథమ్‌లను ఉపయోగించడం ద్వారా కమ్యూనికేషన్ సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరచడంపై దృష్టి పెడుతుంది. అదనంగా, టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్న ప్యాకేజింగ్ సామర్థ్యాన్ని ఎలా మెరుగుపరచాలి అనేది కూడా చాలా అత్యవసర సమస్య.
జనరల్ THz యాంటెన్నాలు
అనేక రకాల THz యాంటెన్నాలు అందుబాటులో ఉన్నాయి: శంఖాకార కుహరాలు కలిగిన డైపోల్ యాంటెన్నాలు, మూల రిఫ్లెక్టర్ శ్రేణులు, బౌటీ డైపోల్స్, డైఎలెక్ట్రిక్ లెన్స్ ప్లానార్ యాంటెన్నాలు, THz మూల రేడియేషన్ మూలాలను ఉత్పత్తి చేయడానికి ఫోటోకండక్టివ్ యాంటెన్నాలు, హార్న్ యాంటెన్నాలు, గ్రాఫేన్ పదార్థాల ఆధారంగా THz యాంటెన్నాలు మొదలైనవి. THz యాంటెన్నాలను తయారు చేయడానికి ఉపయోగించే పదార్థాల ప్రకారం, వాటిని సుమారుగా మెటల్ యాంటెన్నాలు (ప్రధానంగా హార్న్ యాంటెన్నాలు), డైఎలెక్ట్రిక్ యాంటెన్నాలు (లెన్స్ యాంటెన్నాలు) మరియు కొత్త మెటీరియల్ యాంటెన్నాలుగా విభజించవచ్చు. ఈ విభాగం మొదట ఈ యాంటెన్నాల యొక్క ప్రాథమిక విశ్లేషణను ఇస్తుంది, ఆపై తదుపరి విభాగంలో, ఐదు సాధారణ THz యాంటెన్నాలను వివరంగా పరిచయం చేస్తారు మరియు లోతుగా విశ్లేషిస్తారు.
1. మెటల్ యాంటెన్నాలు
హార్న్ యాంటెన్నా అనేది THz బ్యాండ్‌లో పనిచేయడానికి రూపొందించబడిన ఒక సాధారణ మెటల్ యాంటెన్నా. క్లాసిక్ మిల్లీమీటర్ వేవ్ రిసీవర్ యొక్క యాంటెన్నా ఒక శంఖాకార హార్న్. ముడతలు పెట్టిన మరియు డ్యూయల్-మోడ్ యాంటెనాలు అనేక ప్రయోజనాలను కలిగి ఉన్నాయి, వాటిలో భ్రమణపరంగా సిమెట్రిక్ రేడియేషన్ నమూనాలు, 20 నుండి 30 dBi అధిక లాభం మరియు -30 dB తక్కువ క్రాస్-పోలరైజేషన్ స్థాయి మరియు 97% నుండి 98% వరకు కలపడం సామర్థ్యం ఉన్నాయి. రెండు హార్న్ యాంటెన్నాల అందుబాటులో ఉన్న బ్యాండ్‌విడ్త్‌లు వరుసగా 30%-40% మరియు 6%-8%.
టెరాహెర్ట్జ్ తరంగాల ఫ్రీక్వెన్సీ చాలా ఎక్కువగా ఉండటం వలన, హార్న్ యాంటెన్నా పరిమాణం చాలా తక్కువగా ఉంటుంది, ఇది హార్న్ ప్రాసెసింగ్‌ను చాలా కష్టతరం చేస్తుంది, ముఖ్యంగా యాంటెన్నా శ్రేణుల రూపకల్పనలో, మరియు ప్రాసెసింగ్ టెక్నాలజీ యొక్క సంక్లిష్టత అధిక ఖర్చు మరియు పరిమిత ఉత్పత్తికి దారితీస్తుంది. సంక్లిష్టమైన హార్న్ డిజైన్ యొక్క దిగువ భాగాన్ని తయారు చేయడంలో ఇబ్బంది కారణంగా, సాధారణంగా శంఖాకార లేదా శంఖాకార హార్న్ రూపంలో ఒక సాధారణ హార్న్ యాంటెన్నా ఉపయోగించబడుతుంది, ఇది ఖర్చు మరియు ప్రక్రియ సంక్లిష్టతను తగ్గిస్తుంది మరియు యాంటెన్నా యొక్క రేడియేషన్ పనితీరును బాగా నిర్వహించవచ్చు.
మరొక మెటల్ యాంటెన్నా అనేది ట్రావెలింగ్ వేవ్ పిరమిడ్ యాంటెన్నా, ఇది 1.2 మైక్రాన్ డైఎలెక్ట్రిక్ ఫిల్మ్‌పై ఇంటిగ్రేటెడ్ ట్రావెలింగ్ వేవ్ యాంటెన్నాను కలిగి ఉంటుంది మరియు చిత్రం 7లో చూపిన విధంగా సిలికాన్ వేఫర్‌పై చెక్కబడిన రేఖాంశ కుహరంలో సస్పెండ్ చేయబడింది. ఈ యాంటెన్నా షాట్కీ డయోడ్‌లకు అనుకూలంగా ఉండే ఓపెన్ స్ట్రక్చర్. దాని సాపేక్షంగా సరళమైన నిర్మాణం మరియు తక్కువ తయారీ అవసరాల కారణంగా, దీనిని సాధారణంగా 0.6 THz కంటే ఎక్కువ ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్‌లలో ఉపయోగించవచ్చు. అయితే, యాంటెన్నా యొక్క సైడ్‌లోబ్ స్థాయి మరియు క్రాస్-పోలరైజేషన్ స్థాయి ఎక్కువగా ఉంటాయి, బహుశా దాని ఓపెన్ స్ట్రక్చర్ వల్ల కావచ్చు. అందువల్ల, దాని కలపడం సామర్థ్యం సాపేక్షంగా తక్కువగా ఉంటుంది (సుమారు 50%).
మూర్తి 7 ట్రావెలింగ్ వేవ్ పిరమిడల్ యాంటెన్నా
2. విద్యుద్వాహక యాంటెన్నా
డైఎలెక్ట్రిక్ యాంటెన్నా అనేది డైఎలెక్ట్రిక్ సబ్‌స్ట్రేట్ మరియు యాంటెన్నా రేడియేటర్ కలయిక. సరైన డిజైన్ ద్వారా, డైఎలెక్ట్రిక్ యాంటెన్నా డిటెక్టర్‌తో ఇంపెడెన్స్ మ్యాచింగ్‌ను సాధించగలదు మరియు సరళమైన ప్రక్రియ, సులభమైన ఏకీకరణ మరియు తక్కువ ఖర్చు వంటి ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది. ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, పరిశోధకులు టెరాహెర్ట్జ్ డైఎలెక్ట్రిక్ యాంటెన్నాల యొక్క తక్కువ-ఇంపెడెన్స్ డిటెక్టర్‌లకు సరిపోయే అనేక నారోబ్యాండ్ మరియు బ్రాడ్‌బ్యాండ్ సైడ్-ఫైర్ యాంటెన్నాలను రూపొందించారు: బటర్‌ఫ్లై యాంటెన్నా, డబుల్ U- ఆకారపు యాంటెన్నా, లాగ్-పీరియాడిక్ యాంటెన్నా మరియు లాగ్-పీరియాడిక్ సైనూసోయిడల్ యాంటెన్నా, చిత్రం 8లో చూపిన విధంగా. అదనంగా, జన్యు అల్గోరిథంల ద్వారా మరింత సంక్లిష్టమైన యాంటెన్నా జ్యామితులను రూపొందించవచ్చు.
చిత్రం 8 నాలుగు రకాల ప్లానర్ యాంటెన్నాలు
అయితే, డైఎలెక్ట్రిక్ యాంటెన్నా డైఎలెక్ట్రిక్ సబ్‌స్ట్రేట్‌తో కలిపి ఉండటం వలన, ఫ్రీక్వెన్సీ THz బ్యాండ్‌కు మారినప్పుడు ఉపరితల తరంగ ప్రభావం ఏర్పడుతుంది. ఈ ప్రాణాంతక ప్రతికూలత యాంటెన్నా ఆపరేషన్ సమయంలో చాలా శక్తిని కోల్పోయేలా చేస్తుంది మరియు యాంటెన్నా రేడియేషన్ సామర్థ్యంలో గణనీయమైన తగ్గుదలకు దారితీస్తుంది. చిత్రం 9లో చూపిన విధంగా, యాంటెన్నా రేడియేషన్ కోణం కటాఫ్ కోణం కంటే ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు, దాని శక్తి డైఎలెక్ట్రిక్ సబ్‌స్ట్రేట్‌లో పరిమితం చేయబడుతుంది మరియు సబ్‌స్ట్రేట్ మోడ్‌తో జతచేయబడుతుంది.
చిత్రం 9 యాంటెన్నా ఉపరితల తరంగ ప్రభావం
ఉపరితల మందం పెరిగేకొద్దీ, హై-ఆర్డర్ మోడ్‌ల సంఖ్య పెరుగుతుంది మరియు యాంటెన్నా మరియు ఉపరితల మధ్య కలపడం పెరుగుతుంది, ఫలితంగా శక్తి నష్టం జరుగుతుంది. ఉపరితల తరంగ ప్రభావాన్ని బలహీనపరచడానికి, మూడు ఆప్టిమైజేషన్ పథకాలు ఉన్నాయి:
1) విద్యుదయస్కాంత తరంగాల బీమ్‌ఫార్మింగ్ లక్షణాలను ఉపయోగించి గెయిన్‌ను పెంచడానికి యాంటెన్నాపై లెన్స్‌ను లోడ్ చేయండి.
2) విద్యుదయస్కాంత తరంగాల హై-ఆర్డర్ మోడ్‌ల ఉత్పత్తిని అణిచివేసేందుకు ఉపరితలం యొక్క మందాన్ని తగ్గించండి.
3) సబ్‌స్ట్రేట్ డైఎలెక్ట్రిక్ పదార్థాన్ని విద్యుదయస్కాంత బ్యాండ్ గ్యాప్ (EBG) తో భర్తీ చేయండి. EBG యొక్క ప్రాదేశిక వడపోత లక్షణాలు హై-ఆర్డర్ మోడ్‌లను అణచివేయగలవు.
3. కొత్త మెటీరియల్ యాంటెన్నాలు
పైన పేర్కొన్న రెండు యాంటెన్నాలతో పాటు, కొత్త పదార్థాలతో తయారు చేయబడిన టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నా కూడా ఉంది. ఉదాహరణకు, 2006లో, జిన్ హావో మరియు ఇతరులు కార్బన్ నానోట్యూబ్ డైపోల్ యాంటెన్నాను ప్రతిపాదించారు. చిత్రం 10 (a)లో చూపిన విధంగా, డైపోల్ లోహ పదార్థాలకు బదులుగా కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లతో తయారు చేయబడింది. అతను కార్బన్ నానోట్యూబ్ డైపోల్ యాంటెన్నా యొక్క ఇన్ఫ్రారెడ్ మరియు ఆప్టికల్ లక్షణాలను జాగ్రత్తగా అధ్యయనం చేశాడు మరియు పరిమిత-పొడవు కార్బన్ నానోట్యూబ్ డైపోల్ యాంటెన్నా యొక్క సాధారణ లక్షణాలను చర్చించాడు, అంటే ఇన్‌పుట్ ఇంపెడెన్స్, కరెంట్ డిస్ట్రిబ్యూషన్, లాభం, సామర్థ్యం మరియు రేడియేషన్ నమూనా. కార్బన్ నానోట్యూబ్ డైపోల్ యాంటెన్నా యొక్క ఇన్‌పుట్ ఇంపెడెన్స్ మరియు ఫ్రీక్వెన్సీ మధ్య సంబంధాన్ని మూర్తి 10 (b) చూపిస్తుంది. చిత్రం 10(b)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 పౌనఃపున్యాలు) ప్రతిధ్వనిని ప్రదర్శిస్తుంది, కానీ ఈ పరిధి వెలుపల పూర్తిగా ప్రతిధ్వనించలేకపోతుంది.
చిత్రం 10 (ఎ) కార్బన్ నానోట్యూబ్ డైపోల్ యాంటెన్నా. (బి) ఇన్‌పుట్ ఇంపెడెన్స్-ఫ్రీక్వెన్సీ కర్వ్
2012లో, సమీర్ ఎఫ్. మహమూద్ మరియు అయెద్ ఆర్. అల్అజ్మి కార్బన్ నానోట్యూబ్‌ల ఆధారంగా ఒక కొత్త టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నా నిర్మాణాన్ని ప్రతిపాదించారు, ఇది రెండు డైఎలెక్ట్రిక్ పొరలలో చుట్టబడిన కార్బన్ నానోట్యూబ్‌ల కట్టను కలిగి ఉంటుంది. లోపలి డైఎలెక్ట్రిక్ పొర ఒక డైఎలెక్ట్రిక్ ఫోమ్ పొర, మరియు బయటి డైఎలెక్ట్రిక్ పొర ఒక మెటామెటీరియల్ పొర. నిర్దిష్ట నిర్మాణం చిత్రం 11లో చూపబడింది. పరీక్ష ద్వారా, సింగిల్-గోడ కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లతో పోలిస్తే యాంటెన్నా యొక్క రేడియేషన్ పనితీరు మెరుగుపడింది.
చిత్రం 11 కార్బన్ నానోట్యూబ్‌ల ఆధారంగా కొత్త టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నా
పైన ప్రతిపాదించబడిన కొత్త మెటీరియల్ టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాలు ప్రధానంగా త్రిమితీయమైనవి. యాంటెన్నా యొక్క బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను మెరుగుపరచడానికి మరియు కన్ఫార్మల్ యాంటెన్నాలను తయారు చేయడానికి, ప్లానార్ గ్రాఫేన్ యాంటెన్నాలు విస్తృత దృష్టిని ఆకర్షించాయి. గ్రాఫేన్ అద్భుతమైన డైనమిక్ నిరంతర నియంత్రణ లక్షణాలను కలిగి ఉంది మరియు బయాస్ వోల్టేజ్‌ను సర్దుబాటు చేయడం ద్వారా ఉపరితల ప్లాస్మాను ఉత్పత్తి చేయగలదు. సానుకూల విద్యుద్వాహక స్థిరాంకాలు (Si, SiO2, మొదలైనవి) మరియు ప్రతికూల విద్యుద్వాహక స్థిరాంకాలు (విలువైన లోహాలు, గ్రాఫేన్ మొదలైనవి) మధ్య ఇంటర్‌ఫేస్‌లో ఉపరితల ప్లాస్మా ఉంది. విలువైన లోహాలు మరియు గ్రాఫేన్ వంటి కండక్టర్లలో పెద్ద సంఖ్యలో "ఉచిత ఎలక్ట్రాన్లు" ఉన్నాయి. ఈ ఉచిత ఎలక్ట్రాన్‌లను ప్లాస్మాలు అని కూడా అంటారు. కండక్టర్‌లోని స్వాభావిక సంభావ్య క్షేత్రం కారణంగా, ఈ ప్లాస్మాలు స్థిరమైన స్థితిలో ఉంటాయి మరియు బయటి ప్రపంచం ద్వారా చెదిరిపోవు. సంఘటన విద్యుదయస్కాంత తరంగ శక్తిని ఈ ప్లాస్మాలకు జత చేసినప్పుడు, ప్లాస్మాలు స్థిరమైన స్థితి నుండి వైదొలిగి కంపిస్తాయి. 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 లోహ-ఉపరితల ఇంటర్‌ఫేస్ యొక్క సమాంతర దిశలో వేగంగా క్షీణిస్తాయి. లోహ కండక్టర్ ఉపరితలానికి లంబంగా ఉన్న దిశలో ప్రవహించినప్పుడు, స్కిన్ ఎఫెక్ట్ సంభవిస్తుంది. సహజంగానే, యాంటెన్నా యొక్క చిన్న పరిమాణం కారణంగా, అధిక ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్‌లో స్కిన్ ఎఫెక్ట్ ఉంటుంది, దీని వలన యాంటెన్నా పనితీరు బాగా పడిపోతుంది మరియు టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాల అవసరాలను తీర్చలేవు. గ్రాఫేన్ యొక్క ఉపరితల ప్లాస్మోన్ అధిక బైండింగ్ ఫోర్స్ మరియు తక్కువ నష్టాన్ని కలిగి ఉండటమే కాకుండా, నిరంతర విద్యుత్ ట్యూనింగ్‌కు కూడా మద్దతు ఇస్తుంది. అదనంగా, గ్రాఫేన్ టెరాహెర్ట్జ్ బ్యాండ్‌లో సంక్లిష్ట వాహకతను కలిగి ఉంటుంది. అందువల్ల, నెమ్మదిగా తరంగ ప్రచారం టెరాహెర్ట్జ్ ఫ్రీక్వెన్సీల వద్ద ప్లాస్మా మోడ్‌కు సంబంధించినది. ఈ లక్షణాలు టెరాహెర్ట్జ్ బ్యాండ్‌లోని లోహ పదార్థాలను భర్తీ చేయడానికి గ్రాఫేన్ యొక్క సాధ్యాసాధ్యాలను పూర్తిగా ప్రదర్శిస్తాయి.
గ్రాఫేన్ ఉపరితల ప్లాస్మాన్‌ల ధ్రువణ ప్రవర్తన ఆధారంగా, చిత్రం 12 కొత్త రకం స్ట్రిప్ యాంటెన్నాను చూపిస్తుంది మరియు గ్రాఫేన్‌లో ప్లాస్మా తరంగాల ప్రచార లక్షణాల బ్యాండ్ ఆకారాన్ని ప్రతిపాదిస్తుంది. ట్యూనబుల్ యాంటెన్నా బ్యాండ్ రూపకల్పన కొత్త మెటీరియల్ టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాల ప్రచార లక్షణాలను అధ్యయనం చేయడానికి కొత్త మార్గాన్ని అందిస్తుంది.
చిత్రం 12 కొత్త స్ట్రిప్ యాంటెన్నా
టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నా మూలకాలను అన్వేషించడంతో పాటు, గ్రాఫేన్ నానోప్యాచ్ టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాలను టెరాహెర్ట్జ్ మల్టీ-ఇన్‌పుట్ మల్టీ-అవుట్‌పుట్ యాంటెన్నా కమ్యూనికేషన్ వ్యవస్థలను నిర్మించడానికి శ్రేణులుగా కూడా రూపొందించవచ్చు. యాంటెన్నా నిర్మాణం చిత్రం 13లో చూపబడింది. గ్రాఫేన్ నానోప్యాచ్ యాంటెన్నాల యొక్క ప్రత్యేక లక్షణాల ఆధారంగా, యాంటెన్నా మూలకాలు మైక్రాన్-స్కేల్ కొలతలు కలిగి ఉంటాయి. రసాయన ఆవిరి నిక్షేపణ నేరుగా సన్నని నికెల్ పొరపై వేర్వేరు 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 వ్యవస్థను తిరిగి కాన్ఫిగర్ చేయగలదు.
చిత్రం 13 గ్రాఫేన్ నానోప్యాచ్ టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నా శ్రేణి
కొత్త పదార్థాల పరిశోధన సాపేక్షంగా కొత్త దిశ. పదార్థాల ఆవిష్కరణ సాంప్రదాయ యాంటెన్నాల పరిమితులను అధిగమించి, పునర్నిర్మించదగిన మెటామెటీరియల్స్, రెండు డైమెన్షనల్ (2D) పదార్థాలు మొదలైన వివిధ రకాల కొత్త యాంటెన్నాలను అభివృద్ధి చేస్తుందని భావిస్తున్నారు. అయితే, ఈ రకమైన యాంటెన్నా ప్రధానంగా కొత్త పదార్థాల ఆవిష్కరణ మరియు ప్రక్రియ సాంకేతికత పురోగతిపై ఆధారపడి ఉంటుంది. ఏదేమైనా, టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాల అభివృద్ధికి టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాల యొక్క అధిక లాభం, తక్కువ ధర మరియు విస్తృత బ్యాండ్‌విడ్త్ అవసరాలను తీర్చడానికి వినూత్న పదార్థాలు, ఖచ్చితమైన ప్రాసెసింగ్ టెక్నాలజీ మరియు నవల డిజైన్ నిర్మాణాలు అవసరం.
కిందిది మూడు రకాల టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాల ప్రాథమిక సూత్రాలను పరిచయం చేస్తుంది: మెటల్ యాంటెన్నాలు, డైఎలెక్ట్రిక్ యాంటెన్నాలు మరియు కొత్త మెటీరియల్ యాంటెన్నాలు, మరియు వాటి తేడాలు మరియు ప్రయోజనాలు మరియు అప్రయోజనాలను విశ్లేషిస్తుంది.
1. మెటల్ యాంటెన్నా: జ్యామితి సరళమైనది, ప్రాసెస్ చేయడం సులభం, సాపేక్షంగా తక్కువ ఖర్చు మరియు ఉపరితల పదార్థాలకు తక్కువ అవసరాలు. అయితే, మెటల్ యాంటెనాలు యాంటెన్నా స్థానాన్ని సర్దుబాటు చేయడానికి యాంత్రిక పద్ధతిని ఉపయోగిస్తాయి, ఇది లోపాలకు అవకాశం ఉంది. సర్దుబాటు సరిగ్గా లేకపోతే, యాంటెన్నా పనితీరు బాగా తగ్గుతుంది. మెటల్ యాంటెన్నా పరిమాణంలో చిన్నది అయినప్పటికీ, ప్లానర్ సర్క్యూట్‌తో సమీకరించడం కష్టం.
2. డైఎలెక్ట్రిక్ యాంటెన్నా: డైఎలెక్ట్రిక్ యాంటెన్నా తక్కువ ఇన్‌పుట్ ఇంపెడెన్స్ కలిగి ఉంటుంది, తక్కువ ఇంపెడెన్స్ డిటెక్టర్‌తో సరిపోల్చడం సులభం మరియు ప్లానార్ సర్క్యూట్‌తో కనెక్ట్ చేయడం చాలా సులభం. డైఎలెక్ట్రిక్ యాంటెన్నాల రేఖాగణిత ఆకృతులలో సీతాకోకచిలుక ఆకారం, డబుల్ U ఆకారం, సాంప్రదాయ లాగరిథమిక్ ఆకారం మరియు లాగరిథమిక్ ఆవర్తన సైన్ ఆకారం ఉన్నాయి. అయితే, డైఎలెక్ట్రిక్ యాంటెన్నాలు కూడా ప్రాణాంతకమైన లోపాన్ని కలిగి ఉంటాయి, అవి మందపాటి ఉపరితలం వల్ల కలిగే ఉపరితల తరంగ ప్రభావం. లెన్స్‌ను లోడ్ చేయడం మరియు డైఎలెక్ట్రిక్ సబ్‌స్ట్రేట్‌ను EBG నిర్మాణంతో భర్తీ చేయడం దీనికి పరిష్కారం. రెండు పరిష్కారాలకు ప్రక్రియ సాంకేతికత మరియు పదార్థాల యొక్క ఆవిష్కరణ మరియు నిరంతర మెరుగుదల అవసరం, కానీ వాటి అద్భుతమైన పనితీరు (ఓమ్నిడైరెక్షనల్ మరియు సర్ఫేస్ వేవ్ సప్రెషన్ వంటివి) టెరాహెర్ట్జ్ యాంటెన్నాల పరిశోధనకు కొత్త ఆలోచనలను అందించగలవు.
3. కొత్త మెటీరియల్ యాంటెన్నాలు: ప్రస్తుతం, కార్బన్ నానోట్యూబ్‌లతో తయారు చేయబడిన కొత్త డైపోల్ యాంటెన్నాలు మరియు మెటామెటీరియల్‌లతో తయారు చేయబడిన కొత్త యాంటెన్న నిర్మాణాలు కనిపించాయి. కొత్త పదార్థాలు కొత్త పనితీరు పురోగతులను తీసుకురాగలవు, కానీ ఆధారం ఏమిటంటే మెటీరియల్ సైన్స్ యొక్క ఆవిష్కరణ. 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) సరళమైన డిజైన్ మరియు తక్కువ ఉత్పత్తి ఖర్చు అవసరమైతే, మెటల్ యాంటెన్నాలను ఎంచుకోవచ్చు.
2) అధిక ఇంటిగ్రేషన్ మరియు తక్కువ ఇన్‌పుట్ ఇంపెడెన్స్ అవసరమైతే, డైఎలెక్ట్రిక్ యాంటెన్నాలను ఎంచుకోవచ్చు.
3) పనితీరులో పురోగతి అవసరమైతే, కొత్త మెటీరియల్ యాంటెన్నాలను ఎంచుకోవచ్చు.
పైన పేర్కొన్న డిజైన్లను నిర్దిష్ట అవసరాలకు అనుగుణంగా కూడా సర్దుబాటు చేయవచ్చు. ఉదాహరణకు, రెండు రకాల యాంటెన్నాలను కలిపి మరిన్ని ప్రయోజనాలను పొందవచ్చు, అయితే అసెంబ్లీ పద్ధతి మరియు డిజైన్ సాంకేతికత మరింత కఠినమైన అవసరాలను తీర్చాలి.
యాంటెన్నాల గురించి మరింత తెలుసుకోవడానికి, దయచేసి సందర్శించండి:
పోస్ట్ సమయం: ఆగస్టు-02-2024
