वायरलेस उपकरणांच्या वाढत्या लोकप्रियतेसह, डेटा सेवांनी वेगवान विकासाच्या नवीन कालावधीत प्रवेश केला आहे, ज्याला डेटा सेवांची स्फोटक वाढ देखील म्हणतात. सध्या, मोठ्या संख्येने अनुप्रयोग हळूहळू संगणकावरून वायरलेस उपकरणांवर स्थलांतरित होत आहेत जसे की वास्तविक वेळेत वाहून नेणे आणि ऑपरेट करणे सोपे आहे, परंतु या परिस्थितीमुळे डेटा ट्रॅफिकमध्ये झपाट्याने वाढ झाली आहे आणि बँडविड्थ संसाधनांची कमतरता आहे. . आकडेवारीनुसार, पुढील 10 ते 15 वर्षांत बाजारातील डेटा दर Gbps किंवा अगदी Tbps पर्यंत पोहोचू शकतो. सध्या, THz संप्रेषणाने Gbps डेटा दर गाठला आहे, तर Tbps डेटा दर अद्याप विकासाच्या सुरुवातीच्या टप्प्यात आहे. संबंधित पेपरमध्ये THz बँडवर आधारित Gbps डेटा दरांमधील नवीनतम प्रगतीची सूची आहे आणि ध्रुवीकरण मल्टिप्लेक्सिंगद्वारे Tbps मिळू शकतात असा अंदाज आहे. म्हणून, डेटा ट्रान्समिशन रेट वाढवण्यासाठी, एक नवीन फ्रिक्वेन्सी बँड विकसित करणे हा एक व्यवहार्य उपाय आहे, जो टेराहर्ट्झ बँड आहे, जो मायक्रोवेव्ह आणि इन्फ्रारेड प्रकाश यांच्यातील "रिक्त भागात" आहे. 2019 मध्ये ITU वर्ल्ड रेडिओकम्युनिकेशन कॉन्फरन्स (WRC-19) मध्ये, 275-450GHz ची फ्रिक्वेन्सी रेंज फिक्स्ड आणि लँड मोबाईल सेवांसाठी वापरली गेली आहे. हे पाहिले जाऊ शकते की टेराहर्ट्झ वायरलेस कम्युनिकेशन सिस्टमने अनेक संशोधकांचे लक्ष वेधून घेतले आहे.
टेराहर्ट्झ इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लाटा सामान्यतः 0.03-3 मिमीच्या तरंगलांबीसह 0.1-10THz (1THz=1012Hz) च्या वारंवारता बँड म्हणून परिभाषित केल्या जातात. IEEE मानकानुसार, terahertz लाटा 0.3-10THz म्हणून परिभाषित केल्या आहेत. आकृती 1 दाखवते की टेराहर्ट्झ फ्रिक्वेन्सी बँड मायक्रोवेव्ह आणि इन्फ्रारेड प्रकाश यांच्यामध्ये आहे.
अंजीर. 1 THz वारंवारता बँडचे योजनाबद्ध आकृती.
टेराहर्ट्झ अँटेनाचा विकास
जरी टेराहर्ट्झ संशोधन 19 व्या शतकात सुरू झाले असले तरी, त्या वेळी त्याचा स्वतंत्र क्षेत्र म्हणून अभ्यास केला गेला नाही. टेराहर्ट्झ रेडिएशनवरील संशोधन प्रामुख्याने दूर-अवरक्त बँडवर केंद्रित होते. 20 व्या शतकाच्या मध्यापासून ते उत्तरार्धापर्यंत संशोधकांनी टेराहर्ट्झ बँडवर मिलिमीटर वेव्ह संशोधन पुढे नेण्यास आणि विशेष टेराहर्ट्झ तंत्रज्ञान संशोधन करण्यास सुरुवात केली.
1980 च्या दशकात, टेराहर्ट्झ रेडिएशन स्त्रोतांच्या उदयामुळे व्यावहारिक प्रणालींमध्ये टेराहर्ट्झ लहरींचा वापर शक्य झाला. 21 व्या शतकापासून, वायरलेस कम्युनिकेशन तंत्रज्ञानाचा झपाट्याने विकास झाला आहे, आणि लोकांची माहितीची मागणी आणि संप्रेषण उपकरणांच्या वाढीमुळे संप्रेषण डेटाच्या प्रसारण दरावर अधिक कठोर आवश्यकता समोर आल्या आहेत. त्यामुळे, भविष्यातील दळणवळण तंत्रज्ञानासमोरील आव्हानांपैकी एक म्हणजे एका ठिकाणी गीगाबिट्स प्रति सेकंद या उच्च डेटा दराने कार्य करणे. सध्याच्या आर्थिक विकासाअंतर्गत, स्पेक्ट्रम संसाधने वाढत्या प्रमाणात दुर्मिळ झाली आहेत. तथापि, संप्रेषण क्षमता आणि गतीसाठी मानवी आवश्यकता अंतहीन आहेत. स्पेक्ट्रम गर्दीच्या समस्येसाठी, अनेक कंपन्या स्पेक्ट्रम कार्यक्षमता आणि स्थानिक मल्टीप्लेक्सिंगद्वारे सिस्टम क्षमता सुधारण्यासाठी मल्टीपल-इनपुट मल्टीपल-आउटपुट (MIMO) तंत्रज्ञान वापरतात. 5G नेटवर्क्सच्या प्रगतीमुळे, प्रत्येक वापरकर्त्याच्या डेटा कनेक्शनचा वेग Gbps पेक्षा जास्त होईल आणि बेस स्टेशनच्या डेटा ट्रॅफिकमध्ये देखील लक्षणीय वाढ होईल. पारंपारिक मिलीमीटर वेव्ह कम्युनिकेशन सिस्टमसाठी, मायक्रोवेव्ह लिंक्स हे प्रचंड डेटा प्रवाह हाताळण्यास सक्षम नसतील. याव्यतिरिक्त, दृष्टीच्या ओळीच्या प्रभावामुळे, इन्फ्रारेड संप्रेषणाचे अंतर कमी आहे आणि त्याच्या संप्रेषण उपकरणांचे स्थान निश्चित केले आहे. त्यामुळे, मायक्रोवेव्ह आणि इन्फ्रारेड दरम्यान असलेल्या THz लहरींचा वापर हाय-स्पीड कम्युनिकेशन सिस्टम तयार करण्यासाठी आणि THz लिंक्स वापरून डेटा ट्रान्समिशन दर वाढवण्यासाठी केला जाऊ शकतो.
टेराहर्ट्झ लहरी एक व्यापक संप्रेषण बँडविड्थ प्रदान करू शकतात आणि त्याची वारंवारता श्रेणी मोबाइल संप्रेषणाच्या 1000 पट आहे. त्यामुळे, अल्ट्रा-हाय-स्पीड वायरलेस कम्युनिकेशन सिस्टम तयार करण्यासाठी THz वापरणे हा उच्च डेटा दरांच्या आव्हानासाठी एक आशादायक उपाय आहे, ज्याने अनेक संशोधन कार्यसंघ आणि उद्योगांना आकर्षित केले आहे. सप्टेंबर 2017 मध्ये, पहिले THz वायरलेस कम्युनिकेशन मानक IEEE 802.15.3d-2017 जारी करण्यात आले, जे 252-325 GHz च्या कमी THz वारंवारता श्रेणीमध्ये पॉइंट-टू-पॉइंट डेटा एक्सचेंज परिभाषित करते. लिंकचा पर्यायी भौतिक स्तर (PHY) वेगवेगळ्या बँडविड्थवर 100 Gbps पर्यंत डेटा दर मिळवू शकतो.
0.12 THz ची पहिली यशस्वी THz संप्रेषण प्रणाली 2004 मध्ये स्थापित करण्यात आली आणि 0.3 THz ची THz संप्रेषण प्रणाली 2013 मध्ये साकारली गेली. तक्ता 1 मध्ये 2004 ते 2013 या कालावधीत जपानमधील टेराहर्ट्झ कम्युनिकेशन सिस्टमच्या संशोधन प्रगतीची सूची आहे.
तक्ता 1 2004 ते 2013 पर्यंत जपानमधील टेराहर्ट्झ कम्युनिकेशन सिस्टमची संशोधन प्रगती
2005 मध्ये निप्पॉन टेलिग्राफ आणि टेलिफोन कॉर्पोरेशन (NTT) द्वारे 2004 मध्ये विकसित केलेल्या कम्युनिकेशन सिस्टमच्या अँटेना संरचनेचे तपशीलवार वर्णन केले गेले. आकृती 2 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे अँटेना कॉन्फिगरेशन दोन प्रकरणांमध्ये सादर केले गेले.
आकृती 2 जपानच्या NTT 120 GHz वायरलेस कम्युनिकेशन सिस्टमचे योजनाबद्ध आकृती
सिस्टम फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण आणि अँटेना समाकलित करते आणि दोन कार्यरत मोड स्वीकारते:
1. क्लोज-रेंज इनडोअर वातावरणात, आकृती 2(a) मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, घरामध्ये वापरल्या जाणाऱ्या प्लानर अँटेना ट्रान्समीटरमध्ये सिंगल-लाइन कॅरियर फोटोडायोड (UTC-PD) चिप, प्लानर स्लॉट अँटेना आणि सिलिकॉन लेन्स असतात.
2. लांब-श्रेणीच्या बाहेरच्या वातावरणात, मोठ्या प्रसारणाच्या तोट्याचा प्रभाव आणि डिटेक्टरची कमी संवेदनशीलता सुधारण्यासाठी, ट्रान्समीटर अँटेनामध्ये उच्च लाभ असणे आवश्यक आहे. विद्यमान टेराहर्ट्ज अँटेना 50 dBi पेक्षा जास्त वाढीसह गॉसियन ऑप्टिकल लेन्स वापरते. फीड हॉर्न आणि डायलेक्ट्रिक लेन्सचे संयोजन आकृती 2(b) मध्ये दाखवले आहे.
0.12 THz कम्युनिकेशन सिस्टीम विकसित करण्यासोबतच, NTT ने 2012 मध्ये 0.3THz कम्युनिकेशन सिस्टीम देखील विकसित केली. सतत ऑप्टिमायझेशनद्वारे, ट्रान्समिशन रेट 100Gbps इतका जास्त असू शकतो. तक्ता 1 वरून पाहिल्याप्रमाणे, टेराहर्ट्झ कम्युनिकेशनच्या विकासासाठी याने मोठे योगदान दिले आहे. तथापि, सध्याच्या संशोधन कार्यामध्ये कमी ऑपरेटिंग वारंवारता, मोठा आकार आणि उच्च खर्चाचे तोटे आहेत.
सध्या वापरलेले बहुतेक टेराहर्ट्ज अँटेना मिलिमीटर वेव्ह अँटेनामधून सुधारित केले आहेत आणि टेराहर्ट्झ अँटेनामध्ये थोडेसे नाविन्य आहे. म्हणून, टेराहर्ट्ज कम्युनिकेशन सिस्टमची कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी, टेराहर्ट्झ अँटेना ऑप्टिमाइझ करणे हे एक महत्त्वाचे कार्य आहे. तक्ता 2 जर्मन THz संप्रेषणाच्या संशोधन प्रगतीची सूची देते. आकृती 3 (a) फोटोनिक्स आणि इलेक्ट्रॉनिक्स एकत्रित करणारी प्रतिनिधी THz वायरलेस कम्युनिकेशन सिस्टीम दाखवते. आकृती 3 (b) पवन बोगद्याच्या चाचणीचे दृश्य दाखवते. जर्मनीतील सध्याच्या संशोधन परिस्थितीचा विचार करता, त्याच्या संशोधन आणि विकासामध्ये कमी ऑपरेटिंग वारंवारता, उच्च किंमत आणि कमी कार्यक्षमता यासारखे तोटे देखील आहेत.
तक्ता 2 जर्मनीतील THz संप्रेषणाची संशोधन प्रगती
आकृती 3 वारा बोगदा चाचणी दृश्य
CSIRO ICT केंद्राने THz इनडोअर वायरलेस कम्युनिकेशन सिस्टीमवर संशोधन सुरू केले आहे. केंद्राने आकृती 4 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे वर्ष आणि संप्रेषण वारंवारता यांच्यातील संबंधांचा अभ्यास केला. आकृती 4 वरून 2020 पर्यंत पाहिले जाऊ शकते, वायरलेस संप्रेषणावरील संशोधन THz बँडकडे झुकते. रेडिओ स्पेक्ट्रम वापरून जास्तीत जास्त संप्रेषण वारंवारता दर वीस वर्षांनी सुमारे दहा पट वाढते. केंद्राने THz अँटेनासाठी आवश्यक असलेल्या शिफारशी केल्या आहेत आणि THz कम्युनिकेशन सिस्टीमसाठी हॉर्न आणि लेन्स यांसारखे पारंपरिक अँटेना प्रस्तावित केले आहेत. आकृती 5 मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, दोन हॉर्न अँटेना अनुक्रमे 0.84THz आणि 1.7THz वर कार्य करतात, एक साधी रचना आणि चांगली गॉसियन बीम कामगिरी.
आकृती 4 वर्ष आणि वारंवारता यांच्यातील संबंध
RM-BDHA818-20A
RM-DCPHA105145-20
आकृती 5 दोन प्रकारचे हॉर्न अँटेना
युनायटेड स्टेट्सने टेराहर्ट्झ लहरींचे उत्सर्जन आणि शोध यावर व्यापक संशोधन केले आहे. प्रसिद्ध टेराहर्ट्झ संशोधन प्रयोगशाळांमध्ये जेट प्रोपल्शन लॅबोरेटरी (जेपीएल), स्टॅनफोर्ड लिनियर एक्सीलरेटर सेंटर (एसएलएसी), यूएस नॅशनल लॅबोरेटरी (एलएलएनएल), नॅशनल एरोनॉटिक्स अँड स्पेस ॲडमिनिस्ट्रेशन (नासा), नॅशनल सायन्स फाउंडेशन (एनएसएफ) इ. टेराहर्ट्झ ऍप्लिकेशन्ससाठी नवीन टेराहर्ट्ज अँटेना डिझाइन केले गेले आहेत, जसे की बोटी अँटेना आणि वारंवारता बीम स्टीयरिंग अँटेना. टेराहर्ट्झ अँटेनाच्या विकासानुसार, आकृती 6 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, सध्या टेराहर्ट्झ अँटेनासाठी आम्हाला तीन मूलभूत डिझाइन कल्पना मिळू शकतात.
आकृती 6 टेराहर्ट्झ अँटेनासाठी तीन मूलभूत डिझाइन कल्पना
वरील विश्लेषणावरून असे दिसून आले आहे की जरी अनेक देशांनी टेराहर्ट्झ अँटेनाकडे खूप लक्ष दिले असले तरी ते अद्याप प्रारंभिक अन्वेषण आणि विकासाच्या टप्प्यात आहे. उच्च प्रसार हानी आणि आण्विक शोषणामुळे, THz अँटेना सामान्यतः प्रसारण अंतर आणि कव्हरेजद्वारे मर्यादित असतात. काही अभ्यास THz बँडमध्ये कमी ऑपरेटिंग फ्रिक्वेन्सीवर लक्ष केंद्रित करतात. विद्यमान टेराहर्ट्झ अँटेना संशोधन प्रामुख्याने डायलेक्ट्रिक लेन्स अँटेना इत्यादी वापरून फायदा सुधारण्यावर आणि योग्य अल्गोरिदम वापरून संवाद कार्यक्षमता सुधारण्यावर केंद्रित आहे. याशिवाय, टेराहर्ट्झ अँटेना पॅकेजिंगची कार्यक्षमता कशी वाढवायची हा देखील एक अत्यंत निकडीचा मुद्दा आहे.
सामान्य THz अँटेना
THz अँटेनाचे अनेक प्रकार उपलब्ध आहेत: शंकूच्या आकाराचे पोकळी असलेले द्विध्रुवीय अँटेना, कॉर्नर रिफ्लेक्टर ॲरे, बोटी डायपोल्स, डायलेक्ट्रिक लेन्स प्लॅनर अँटेना, THz स्त्रोत रेडिएशन स्रोत निर्माण करण्यासाठी फोटोकंडक्टिव्ह अँटेना, हॉर्न अँटेना, THz अँटेना, इत्यादी सामग्रीवर आधारित. THz तयार करण्यासाठी वापरलेली सामग्री अँटेना, ते ढोबळमानाने मेटल अँटेना (प्रामुख्याने हॉर्न अँटेना), डायलेक्ट्रिक अँटेना (लेन्स अँटेना) आणि नवीन सामग्री अँटेनामध्ये विभागले जाऊ शकतात. हा विभाग प्रथम या अँटेनाचे प्राथमिक विश्लेषण देतो आणि नंतर पुढील विभागात, पाच विशिष्ट THz अँटेना तपशीलवार सादर केले जातात आणि त्यांचे सखोल विश्लेषण केले जाते.
1. मेटल अँटेना
हॉर्न अँटेना हा एक विशिष्ट धातूचा अँटेना आहे जो THz बँडमध्ये काम करण्यासाठी डिझाइन केलेला आहे. क्लासिक मिलिमीटर वेव्ह रिसीव्हरचा अँटेना एक शंकूच्या आकाराचे हॉर्न आहे. नालीदार आणि ड्युअल-मोड अँटेनाचे अनेक फायदे आहेत, ज्यात रोटेशनली सिमेट्रिक रेडिएशन पॅटर्न, 20 ते 30 dBi चा उच्च वाढ आणि -30 dB ची कमी क्रॉस-ध्रुवीकरण पातळी आणि 97% ते 98% कपलिंग कार्यक्षमता समाविष्ट आहे. दोन हॉर्न अँटेनाची उपलब्ध बँडविड्थ अनुक्रमे 30%-40% आणि 6%-8% आहेत.
टेराहर्ट्झ लहरींची वारंवारता खूप जास्त असल्याने, हॉर्न अँटेनाचा आकार खूपच लहान आहे, ज्यामुळे हॉर्नची प्रक्रिया करणे खूप कठीण होते, विशेषत: अँटेना ॲरेच्या डिझाइनमध्ये आणि प्रक्रिया तंत्रज्ञानाच्या जटिलतेमुळे जास्त खर्च येतो आणि मर्यादित उत्पादन. कॉम्प्लेक्स हॉर्न डिझाइनच्या तळाशी उत्पादन करण्यात अडचण असल्यामुळे, शंकूच्या आकाराचे किंवा शंकूच्या आकाराचे हॉर्नच्या स्वरूपात एक साधा हॉर्न अँटेना वापरला जातो, ज्यामुळे खर्च आणि प्रक्रियेची जटिलता कमी होते आणि अँटेनाची रेडिएशन कार्यक्षमता राखली जाऊ शकते. चांगले
दुसरा धातूचा अँटेना हा प्रवासी लहरी पिरॅमिड अँटेना आहे, ज्यामध्ये 1.2 मायक्रॉन डायलेक्ट्रिक फिल्मवर एकत्रित केलेला प्रवासी लहरी अँटेना असतो आणि आकृती 7 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, सिलिकॉन वेफरवर कोरलेल्या अनुदैर्ध्य पोकळीत निलंबित केलेला असतो. Schottky diodes सह सुसंगत. त्याच्या तुलनेने सोपी रचना आणि कमी उत्पादन आवश्यकतांमुळे, हे सामान्यतः 0.6 THz वरील वारंवारता बँडमध्ये वापरले जाऊ शकते. तथापि, अँटेनाची साइडलोब पातळी आणि क्रॉस-ध्रुवीकरण पातळी जास्त आहे, बहुधा त्याच्या खुल्या संरचनेमुळे. म्हणून, त्याची जोडणी कार्यक्षमता तुलनेने कमी आहे (सुमारे 50%).
आकृती 7 ट्रॅव्हलिंग वेव्ह पिरॅमिडल अँटेना
2. डायलेक्ट्रिक अँटेना
डायलेक्ट्रिक अँटेना हे डायलेक्ट्रिक सब्सट्रेट आणि अँटेना रेडिएटरचे संयोजन आहे. योग्य डिझाईनद्वारे, डायलेक्ट्रिक अँटेना डिटेक्टरसह प्रतिबाधा जुळवू शकतो आणि साधी प्रक्रिया, सुलभ एकत्रीकरण आणि कमी खर्चाचे फायदे आहेत. अलिकडच्या वर्षांत, संशोधकांनी टेराहर्ट्झ डायलेक्ट्रिक अँटेनाच्या कमी-प्रतिबाधा डिटेक्टरशी जुळणारे अनेक नॅरोबँड आणि ब्रॉडबँड साइड-फायर अँटेना डिझाइन केले आहेत: बटरफ्लाय अँटेना, दुहेरी यू-आकाराचा अँटेना, लॉग-पीरियडिक अँटेना आणि लॉग-पीरियडिक साइनसॉइडल अँटेना, आकृती 8 मध्ये दर्शविले आहे. याव्यतिरिक्त, अधिक जटिल अँटेना भूमिती अनुवांशिक अल्गोरिदमद्वारे डिझाइन केले जाऊ शकते.
आकृती 8 चार प्रकारचे प्लॅनर अँटेना
तथापि, डायलेक्ट्रिक ऍन्टीना डायलेक्ट्रिक सब्सट्रेटसह एकत्रित केल्यामुळे, जेव्हा वारंवारता THz बँडकडे झुकते तेव्हा पृष्ठभाग लहरी परिणाम होतो. या घातक गैरसोयीमुळे अँटेना ऑपरेशन दरम्यान भरपूर ऊर्जा गमावेल आणि अँटेना रेडिएशन कार्यक्षमतेत लक्षणीय घट करेल. आकृती 9 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, जेव्हा अँटेना रेडिएशन कोन कटऑफ कोनापेक्षा मोठा असतो, तेव्हा तिची ऊर्जा डायलेक्ट्रिक सब्सट्रेटमध्ये मर्यादित असते आणि सब्सट्रेट मोडसह जोडली जाते.
आकृती 9 अँटेना पृष्ठभाग लहर प्रभाव
सब्सट्रेटची जाडी जसजशी वाढते तसतसे हाय-ऑर्डर मोड्सची संख्या वाढते आणि ऍन्टीना आणि सब्सट्रेटमधील कपलिंग वाढते, परिणामी ऊर्जा कमी होते. पृष्ठभाग लहरी प्रभाव कमकुवत करण्यासाठी, तीन ऑप्टिमायझेशन योजना आहेत:
1) इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरींच्या बीमफॉर्मिंग वैशिष्ट्यांचा वापर करून फायदा वाढवण्यासाठी अँटेनावर लेन्स लोड करा.
2) इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरींच्या उच्च-ऑर्डर मोडची निर्मिती दाबण्यासाठी सब्सट्रेटची जाडी कमी करा.
3) सब्सट्रेट डायलेक्ट्रिक सामग्री इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक बँड गॅप (EBG) सह बदला. EBG ची अवकाशीय फिल्टरिंग वैशिष्ट्ये उच्च-ऑर्डर मोड दाबू शकतात.
3. नवीन साहित्य अँटेना
वरील दोन अँटेना व्यतिरिक्त, नवीन सामग्रीपासून बनविलेले टेराहर्ट्ज अँटेना देखील आहे. उदाहरणार्थ, 2006 मध्ये, जिन हाओ एट अल. कार्बन नॅनोट्यूब द्विध्रुवीय अँटेना प्रस्तावित केला. आकृती 10 (अ) मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, द्विध्रुव धातूच्या पदार्थांऐवजी कार्बन नॅनोट्यूबपासून बनलेला आहे. त्यांनी कार्बन नॅनोट्यूब द्विध्रुवीय अँटेनाच्या इन्फ्रारेड आणि ऑप्टिकल गुणधर्मांचा बारकाईने अभ्यास केला आणि मर्यादित-लांबीच्या कार्बन नॅनोट्यूब द्विध्रुवीय अँटेनाच्या सामान्य वैशिष्ट्यांवर चर्चा केली, जसे की इनपुट प्रतिबाधा, वर्तमान वितरण, लाभ, कार्यक्षमता आणि रेडिएशन पॅटर्न. आकृती 10 (b) कार्बन नॅनोट्यूब द्विध्रुवीय अँटेनाच्या इनपुट प्रतिबाधा आणि वारंवारता यांच्यातील संबंध दर्शविते. आकृती 10(b) मध्ये पाहिल्याप्रमाणे, इनपुट प्रतिबाधाच्या काल्पनिक भागामध्ये उच्च फ्रिक्वेन्सीवर अनेक शून्य असतात. हे सूचित करते की अँटेना वेगवेगळ्या फ्रिक्वेन्सीवर अनेक अनुनाद प्राप्त करू शकतो. साहजिकच, कार्बन नॅनोट्यूब अँटेना विशिष्ट वारंवारता श्रेणीमध्ये (कमी THz फ्रिक्वेन्सी) अनुनाद प्रदर्शित करते, परंतु या श्रेणीच्या बाहेर प्रतिध्वनी करण्यास पूर्णपणे अक्षम आहे.
आकृती 10 (a) कार्बन नॅनोट्यूब द्विध्रुवीय अँटेना. (b) इनपुट प्रतिबाधा-वारंवारता वक्र
2012 मध्ये, समीर एफ. महमूद आणि आयद आर. अलअजमी यांनी कार्बन नॅनोट्यूबवर आधारित एक नवीन टेराहर्ट्झ अँटेना रचना प्रस्तावित केली, ज्यामध्ये दोन डायलेक्ट्रिक थरांमध्ये गुंडाळलेल्या कार्बन नॅनोट्यूबचे बंडल असते. आतील डायलेक्ट्रिक लेयर हा डायलेक्ट्रिक फोम लेयर आहे आणि बाहेरील डायलेक्ट्रिक लेयर मेटामटेरियल लेयर आहे. विशिष्ट रचना आकृती 11 मध्ये दर्शविली आहे. चाचणीद्वारे, एकल-भिंती असलेल्या कार्बन नॅनोट्यूबच्या तुलनेत अँटेनाचे रेडिएशन कार्यप्रदर्शन सुधारले गेले आहे.
आकृती 11 कार्बन नॅनोट्यूबवर आधारित नवीन टेराहर्ट्झ अँटेना
वर प्रस्तावित नवीन मटेरियल टेराहर्ट्ज अँटेना प्रामुख्याने त्रिमितीय आहेत. अँटेनाची बँडविड्थ सुधारण्यासाठी आणि कॉन्फॉर्मल अँटेना बनवण्यासाठी, प्लॅनर ग्राफीन अँटेनाकडे व्यापक लक्ष दिले गेले आहे. ग्राफीनमध्ये उत्कृष्ट गतिमान सतत नियंत्रण वैशिष्ट्ये आहेत आणि बायस व्होल्टेज समायोजित करून पृष्ठभागाचा प्लाझ्मा तयार करू शकतो. सकारात्मक डायलेक्ट्रिक स्थिर सबस्ट्रेट्स (जसे की Si, SiO2, इ.) आणि नकारात्मक डायलेक्ट्रिक स्थिर सबस्ट्रेट्स (जसे की मौल्यवान धातू, ग्राफीन इ.) यांच्यातील इंटरफेसवर पृष्ठभाग प्लाझ्मा अस्तित्वात आहे. मौल्यवान धातू आणि ग्राफीन सारख्या कंडक्टरमध्ये मोठ्या प्रमाणात "मुक्त इलेक्ट्रॉन" असतात. या मुक्त इलेक्ट्रॉनांना प्लाझमा देखील म्हणतात. कंडक्टरमधील अंतर्निहित संभाव्य क्षेत्रामुळे, हे प्लाझमा स्थिर स्थितीत असतात आणि बाहेरील जगामुळे ते विचलित होत नाहीत. जेव्हा विद्युत चुंबकीय लहरी ऊर्जा या प्लाझमाशी जोडली जाते, तेव्हा प्लाझमा स्थिर स्थितीपासून विचलित होतील आणि कंपन होतील. रूपांतरणानंतर, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक मोड इंटरफेसमध्ये ट्रान्सव्हर्स मॅग्नेटिक वेव्ह तयार करतो. ड्रूड मॉडेलद्वारे धातूच्या पृष्ठभागाच्या प्लाझमाच्या विखुरलेल्या संबंधाच्या वर्णनानुसार, धातू नैसर्गिकरित्या मोकळ्या जागेत इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरींशी जोडू शकत नाहीत आणि ऊर्जा रूपांतरित करू शकत नाहीत. पृष्ठभागावरील प्लाझ्मा लाटा उत्तेजित करण्यासाठी इतर सामग्री वापरणे आवश्यक आहे. मेटल-सबस्ट्रेट इंटरफेसच्या समांतर दिशेने पृष्ठभाग प्लाझ्मा लाटा वेगाने क्षय करतात. जेव्हा मेटल कंडक्टर पृष्ठभागाच्या लंब दिशेने चालते तेव्हा त्वचेवर परिणाम होतो. स्पष्टपणे, ऍन्टीनाच्या लहान आकारामुळे, उच्च वारंवारता बँडमध्ये त्वचेवर परिणाम होतो, ज्यामुळे ऍन्टीनाची कार्यक्षमता झपाट्याने कमी होते आणि ते टेराहर्ट्झ ऍन्टीनाच्या आवश्यकता पूर्ण करू शकत नाही. ग्राफीनच्या पृष्ठभागावरील प्लाझमनमध्ये केवळ उच्च बंधनकारक शक्ती आणि कमी नुकसानच नाही तर सतत विद्युत ट्यूनिंगला देखील समर्थन मिळते. याव्यतिरिक्त, टेराहर्ट्झ बँडमध्ये ग्राफीनची जटिल चालकता आहे. म्हणून, टेराहर्ट्झ फ्रिक्वेन्सीवर मंद लहरींचा प्रसार प्लाझ्मा मोडशी संबंधित आहे. ही वैशिष्ट्ये टेराहर्ट्झ बँडमध्ये धातूची सामग्री बदलण्यासाठी ग्राफीनची व्यवहार्यता पूर्णपणे प्रदर्शित करतात.
ग्राफीन पृष्ठभागाच्या प्लाझमॉन्सच्या ध्रुवीकरण वर्तनावर आधारित, आकृती 12 नवीन प्रकारचे स्ट्रिप अँटेना दर्शविते आणि ग्राफीनमधील प्लाझ्मा लहरींच्या प्रसार वैशिष्ट्यांचे बँड आकार प्रस्तावित करते. ट्यून करण्यायोग्य अँटेना बँडची रचना नवीन सामग्री टेराहर्ट्झ अँटेनाच्या प्रसार वैशिष्ट्यांचा अभ्यास करण्याचा एक नवीन मार्ग प्रदान करते.
आकृती 12 नवीन पट्टी अँटेना
युनिट नवीन सामग्री टेराहर्ट्झ अँटेना घटकांचा शोध घेण्याव्यतिरिक्त, टेराहर्ट्झ मल्टी-इनपुट मल्टी-आउटपुट अँटेना कम्युनिकेशन सिस्टम तयार करण्यासाठी ग्राफीन नॅनोपॅच टेराहर्ट्झ अँटेना देखील ॲरे म्हणून डिझाइन केले जाऊ शकतात. ऍन्टीनाची रचना आकृती 13 मध्ये दर्शविली आहे. ग्राफीन नॅनोपॅच ऍन्टीनाच्या अद्वितीय गुणधर्मांवर आधारित, ऍन्टीना घटकांना मायक्रॉन-स्केल आयाम आहेत. रासायनिक वाष्प निक्षेप पातळ निकेल स्तरावर वेगवेगळ्या ग्राफीन प्रतिमांचे थेट संश्लेषण करते आणि त्यांना कोणत्याही सब्सट्रेटमध्ये स्थानांतरित करते. घटकांची योग्य संख्या निवडून आणि इलेक्ट्रोस्टॅटिक बायस व्होल्टेज बदलून, रेडिएशनची दिशा प्रभावीपणे बदलली जाऊ शकते, ज्यामुळे सिस्टम पुन्हा कॉन्फिगर करता येते.
आकृती 13 ग्राफीन नॅनोपॅच टेराहर्ट्झ अँटेना ॲरे
नवीन सामग्रीचे संशोधन ही तुलनेने नवीन दिशा आहे. सामग्रीच्या नवकल्पनाने पारंपारिक अँटेनाच्या मर्यादा मोडून काढणे आणि विविध प्रकारचे नवीन अँटेना विकसित करणे अपेक्षित आहे, जसे की पुनर्रचना करता येण्याजोगे मेटामटेरिअल्स, द्विमितीय (2D) साहित्य इ. तथापि, या प्रकारच्या अँटेना मुख्यत्वे नवीन कल्पकतेवर अवलंबून असतात. साहित्य आणि प्रक्रिया तंत्रज्ञानाची प्रगती. कोणत्याही परिस्थितीत, टेराहर्ट्झ अँटेनाच्या विकासासाठी नाविन्यपूर्ण साहित्य, अचूक प्रक्रिया तंत्रज्ञान आणि नवीन डिझाइन संरचना आवश्यक आहे जेणेकरून ते उच्च लाभ, कमी किमतीची आणि टेराहर्ट्झ अँटेनाची विस्तृत बँडविड्थ आवश्यकता पूर्ण होईल.
खालील तीन प्रकारच्या टेराहर्ट्ज अँटेनाची मूलभूत तत्त्वे सादर करते: मेटल अँटेना, डायलेक्ट्रिक अँटेना आणि नवीन सामग्री अँटेना आणि त्यांच्यातील फरक आणि फायदे आणि तोटे यांचे विश्लेषण करते.
1. मेटल अँटेना: भूमिती सोपी, प्रक्रिया करण्यास सोपी, तुलनेने कमी किमतीची आणि सब्सट्रेट सामग्रीसाठी कमी आवश्यकता आहे. तथापि, मेटल अँटेना ऍन्टीनाची स्थिती समायोजित करण्यासाठी यांत्रिक पद्धत वापरतात, ज्यामध्ये त्रुटी असतात. समायोजन योग्य नसल्यास, ऍन्टीनाची कार्यक्षमता मोठ्या प्रमाणात कमी होईल. जरी धातूचा अँटेना आकाराने लहान असला तरी, प्लॅनर सर्किटसह एकत्र करणे कठीण आहे.
2. डायलेक्ट्रिक अँटेना: डायलेक्ट्रिक अँटेना कमी इनपुट प्रतिबाधा आहे, कमी प्रतिबाधा डिटेक्टरशी जुळणे सोपे आहे आणि प्लॅनर सर्किटशी जोडणे तुलनेने सोपे आहे. डायलेक्ट्रिक अँटेनाच्या भौमितिक आकारांमध्ये फुलपाखराचा आकार, दुहेरी U आकार, पारंपारिक लॉगरिदमिक आकार आणि लॉगरिदमिक नियतकालिक साइन आकार यांचा समावेश होतो. तथापि, डायलेक्ट्रिक अँटेनामध्ये एक घातक दोष देखील असतो, म्हणजे जाड सब्सट्रेटमुळे होणारा पृष्ठभाग लहरी प्रभाव. उपाय म्हणजे लेन्स लोड करणे आणि डायलेक्ट्रिक सब्सट्रेटला EBG स्ट्रक्चरने बदलणे. दोन्ही उपायांसाठी प्रक्रिया तंत्रज्ञान आणि सामग्रीमध्ये नावीन्य आणि सतत सुधारणा आवश्यक आहे, परंतु त्यांची उत्कृष्ट कामगिरी (जसे की सर्वदिशा आणि पृष्ठभागाच्या लहरी सप्रेशन) टेराहर्ट्झ अँटेनाच्या संशोधनासाठी नवीन कल्पना देऊ शकतात.
3. नवीन मटेरियल अँटेना: सध्या, कार्बन नॅनोट्यूबपासून बनविलेले नवीन द्विध्रुवीय अँटेना आणि मेटामटेरिअल्सपासून बनविलेले नवीन अँटेना दिसले आहेत. नवीन साहित्य नवीन कार्यप्रदर्शनात प्रगती आणू शकते, परंतु मुख्य गोष्ट म्हणजे साहित्य विज्ञानाची नवकल्पना. सध्या, नवीन मटेरियल अँटेनावरील संशोधन अद्याप शोधाच्या टप्प्यात आहे आणि अनेक प्रमुख तंत्रज्ञान पुरेसे परिपक्व झालेले नाहीत.
सारांश, विविध प्रकारचे टेराहर्ट्ज अँटेना डिझाइनच्या आवश्यकतांनुसार निवडले जाऊ शकतात:
1) साधे डिझाइन आणि कमी उत्पादन खर्च आवश्यक असल्यास, धातूचे अँटेना निवडले जाऊ शकतात.
2) उच्च एकत्रीकरण आणि कमी इनपुट प्रतिबाधा आवश्यक असल्यास, डायलेक्ट्रिक अँटेना निवडले जाऊ शकतात.
3) कार्यप्रदर्शनात प्रगती आवश्यक असल्यास, नवीन सामग्री अँटेना निवडले जाऊ शकतात.
वरील डिझाईन्स विशिष्ट आवश्यकतांनुसार देखील समायोजित केल्या जाऊ शकतात. उदाहरणार्थ, दोन प्रकारचे अँटेना अधिक फायदे मिळविण्यासाठी एकत्र केले जाऊ शकतात, परंतु असेंबली पद्धत आणि डिझाइन तंत्रज्ञानाने अधिक कठोर आवश्यकता पूर्ण केल्या पाहिजेत.
अँटेनाबद्दल अधिक जाणून घेण्यासाठी, कृपया भेट द्या:
पोस्ट वेळ: ऑगस्ट-02-2024
