वायरलेस उपकरणांच्या वाढत्या लोकप्रियतेसह, डेटा सेवा जलद विकासाच्या एका नवीन काळात प्रवेश करत आहेत, ज्याला डेटा सेवांची स्फोटक वाढ असेही म्हणतात. सध्या, मोठ्या संख्येने अनुप्रयोग हळूहळू संगणकांपासून वायरलेस उपकरणांकडे स्थलांतरित होत आहेत जसे की रिअल टाइममध्ये वाहून नेणे आणि ऑपरेट करणे सोपे असलेल्या मोबाइल फोन, परंतु या परिस्थितीमुळे डेटा ट्रॅफिकमध्ये जलद वाढ आणि बँडविड्थ संसाधनांची कमतरता देखील निर्माण झाली आहे. आकडेवारीनुसार, पुढील १० ते १५ वर्षांत बाजारात डेटा दर Gbps किंवा अगदी Tbps पर्यंत पोहोचू शकतो. सध्या, THz संप्रेषण Gbps डेटा दरापर्यंत पोहोचले आहे, तर Tbps डेटा दर अद्याप विकासाच्या सुरुवातीच्या टप्प्यात आहे. संबंधित पेपर THz बँडवर आधारित Gbps डेटा दरांमधील नवीनतम प्रगतीची यादी करतो आणि असा अंदाज लावतो की ध्रुवीकरण मल्टिप्लेक्सिंगद्वारे Tbps मिळवता येते. म्हणून, डेटा ट्रान्समिशन दर वाढवण्यासाठी, एक व्यवहार्य उपाय म्हणजे एक नवीन फ्रिक्वेन्सी बँड विकसित करणे, जो टेराहर्ट्झ बँड आहे, जो मायक्रोवेव्ह आणि इन्फ्रारेड प्रकाशाच्या दरम्यान "रिक्त क्षेत्रात" आहे. २०१९ मध्ये झालेल्या आयटीयू वर्ल्ड रेडिओकम्युनिकेशन कॉन्फरन्स (डब्ल्यूआरसी-१९) मध्ये, स्थिर आणि जमिनीवरील मोबाइल सेवांसाठी २७५-४५०GHz ची फ्रिक्वेन्सी रेंज वापरली गेली आहे. टेराहर्ट्झ वायरलेस कम्युनिकेशन सिस्टमने अनेक संशोधकांचे लक्ष वेधून घेतल्याचे दिसून येते.
टेराहर्ट्झ इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्हज सामान्यतः 0.1-10THz (1THz=1012Hz) च्या फ्रिक्वेन्सी बँड म्हणून परिभाषित केले जातात ज्याची तरंगलांबी 0.03-3 मिमी असते. IEEE मानकानुसार, टेराहर्ट्झ वेव्हज 0.3-10THz म्हणून परिभाषित केल्या आहेत. आकृती 1 दर्शवते की टेराहर्ट्झ फ्रिक्वेन्सी बँड मायक्रोवेव्ह आणि इन्फ्रारेड प्रकाशाच्या दरम्यान आहे.
आकृती १ THz फ्रिक्वेन्सी बँडचा योजनाबद्ध आकृती.
टेराहर्ट्झ अँटेनाचा विकास
जरी टेराहर्ट्झ संशोधन १९ व्या शतकात सुरू झाले असले तरी, त्यावेळी त्याचा स्वतंत्र क्षेत्र म्हणून अभ्यास केला जात नव्हता. टेराहर्ट्झ किरणोत्सर्गावरील संशोधन प्रामुख्याने दूर-अवरक्त बँडवर केंद्रित होते. २० व्या शतकाच्या मध्यापासून ते अखेरपर्यंत संशोधकांनी मिलिमीटर वेव्ह संशोधन टेराहर्ट्झ बँडवर नेण्यास आणि विशेष टेराहर्ट्झ तंत्रज्ञान संशोधन करण्यास सुरुवात केली.
१९८० च्या दशकात, टेराहर्ट्झ रेडिएशन स्रोतांच्या उदयामुळे व्यावहारिक प्रणालींमध्ये टेराहर्ट्झ लहरींचा वापर शक्य झाला. २१ व्या शतकापासून, वायरलेस कम्युनिकेशन तंत्रज्ञान वेगाने विकसित झाले आहे आणि माहितीची लोकांची मागणी आणि संप्रेषण उपकरणांमध्ये वाढ यामुळे संप्रेषण डेटाच्या प्रसारण दरावर अधिक कठोर आवश्यकता मांडल्या आहेत. म्हणूनच, भविष्यातील संप्रेषण तंत्रज्ञानाच्या आव्हानांपैकी एक म्हणजे एकाच ठिकाणी प्रति सेकंद गिगाबिटच्या उच्च डेटा दराने कार्य करणे. सध्याच्या आर्थिक विकासाअंतर्गत, स्पेक्ट्रम संसाधने अधिकाधिक दुर्मिळ होत चालली आहेत. तथापि, संप्रेषण क्षमता आणि गतीसाठी मानवी आवश्यकता अंतहीन आहेत. स्पेक्ट्रम गर्दीच्या समस्येसाठी, अनेक कंपन्या स्थानिक मल्टीप्लेक्सिंगद्वारे स्पेक्ट्रम कार्यक्षमता आणि सिस्टम क्षमता सुधारण्यासाठी मल्टीपल-इनपुट मल्टीपल-आउटपुट (MIMO) तंत्रज्ञानाचा वापर करतात. ५G नेटवर्कच्या प्रगतीसह, प्रत्येक वापरकर्त्याचा डेटा कनेक्शन वेग Gbps पेक्षा जास्त होईल आणि बेस स्टेशनचा डेटा ट्रॅफिक देखील लक्षणीयरीत्या वाढेल. पारंपारिक मिलिमीटर वेव्ह कम्युनिकेशन सिस्टमसाठी, मायक्रोवेव्ह लिंक्स या प्रचंड डेटा स्ट्रीम हाताळू शकणार नाहीत. याव्यतिरिक्त, दृष्टी रेषेच्या प्रभावामुळे, इन्फ्रारेड संप्रेषणाचे प्रसारण अंतर कमी असते आणि त्याच्या संप्रेषण उपकरणांचे स्थान निश्चित असते. म्हणून, मायक्रोवेव्ह आणि इन्फ्रारेड दरम्यान असलेल्या THz लाटा, THz लिंक्स वापरून हाय-स्पीड कम्युनिकेशन सिस्टम तयार करण्यासाठी आणि डेटा ट्रान्समिशन दर वाढवण्यासाठी वापरल्या जाऊ शकतात.
टेराहर्ट्झ लाटा अधिक व्यापक संप्रेषण बँडविड्थ प्रदान करू शकतात आणि त्यांची वारंवारता श्रेणी मोबाइल संप्रेषणांपेक्षा सुमारे १००० पट आहे. म्हणूनच, अल्ट्रा-हाय-स्पीड वायरलेस कम्युनिकेशन सिस्टम तयार करण्यासाठी THz वापरणे हा उच्च डेटा दरांच्या आव्हानावर एक आशादायक उपाय आहे, ज्याने अनेक संशोधन पथके आणि उद्योगांना आकर्षित केले आहे. सप्टेंबर २०१७ मध्ये, पहिले THz वायरलेस कम्युनिकेशन मानक IEEE 802.15.3d-2017 जारी करण्यात आले, जे २५२-३२५ GHz च्या कमी THz वारंवारता श्रेणीमध्ये पॉइंट-टू-पॉइंट डेटा एक्सचेंज परिभाषित करते. लिंकचा पर्यायी भौतिक स्तर (PHY) वेगवेगळ्या बँडविड्थवर १०० Gbps पर्यंत डेटा दर प्राप्त करू शकतो.
०.१२ THz ची पहिली यशस्वी THz कम्युनिकेशन सिस्टीम २००४ मध्ये स्थापित करण्यात आली आणि ०.३ THz ची THz कम्युनिकेशन सिस्टीम २०१३ मध्ये साकार झाली. तक्ता १ मध्ये २००४ ते २०१३ पर्यंत जपानमधील टेराहर्ट्झ कम्युनिकेशन सिस्टीमच्या संशोधन प्रगतीची यादी दिली आहे.
तक्ता १ २००४ ते २०१३ पर्यंत जपानमधील टेराहर्ट्झ कम्युनिकेशन सिस्टीमच्या संशोधन प्रगती
२००४ मध्ये विकसित झालेल्या संप्रेषण प्रणालीच्या अँटेना संरचनेचे तपशीलवार वर्णन २००५ मध्ये निप्पॉन टेलिग्राफ अँड टेलिफोन कॉर्पोरेशन (एनटीटी) ने केले होते. आकृती २ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, अँटेना कॉन्फिगरेशन दोन प्रकरणांमध्ये सादर करण्यात आले.
आकृती २ जपानच्या NTT १२० GHz वायरलेस कम्युनिकेशन सिस्टमचा योजनाबद्ध आकृती
ही प्रणाली फोटोइलेक्ट्रिक रूपांतरण आणि अँटेना एकत्रित करते आणि दोन कार्य पद्धती स्वीकारते:
१. जवळच्या अंतराच्या घरातील वातावरणात, घरामध्ये वापरल्या जाणाऱ्या प्लॅनर अँटेना ट्रान्समीटरमध्ये एक सिंगल-लाइन कॅरियर फोटोडायोड (UTC-PD) चिप, एक प्लॅनर स्लॉट अँटेना आणि एक सिलिकॉन लेन्स असते, जसे आकृती २(अ) मध्ये दाखवले आहे.
२. लांब पल्ल्याच्या बाह्य वातावरणात, मोठ्या ट्रान्समिशन लॉस आणि डिटेक्टरच्या कमी संवेदनशीलतेचा प्रभाव सुधारण्यासाठी, ट्रान्समीटर अँटेनामध्ये उच्च गेन असणे आवश्यक आहे. विद्यमान टेराहर्ट्झ अँटेना ५० dBi पेक्षा जास्त गेनसह गॉसियन ऑप्टिकल लेन्स वापरतो. फीड हॉर्न आणि डायलेक्ट्रिक लेन्स संयोजन आकृती २(b) मध्ये दर्शविले आहे.
०.१२ THz कम्युनिकेशन सिस्टीम विकसित करण्याव्यतिरिक्त, NTT ने २०१२ मध्ये ०.३ THz कम्युनिकेशन सिस्टीम देखील विकसित केली. सतत ऑप्टिमायझेशनद्वारे, ट्रान्समिशन रेट १००Gbps पर्यंत असू शकतो. तक्ता १ वरून दिसून येते की, टेराहर्ट्झ कम्युनिकेशनच्या विकासात त्याने मोठे योगदान दिले आहे. तथापि, सध्याच्या संशोधन कार्यात कमी ऑपरेटिंग फ्रिक्वेन्सी, मोठा आकार आणि जास्त खर्च हे तोटे आहेत.
सध्या वापरल्या जाणाऱ्या बहुतेक टेराहर्ट्झ अँटेना मिलिमीटर वेव्ह अँटेनापासून सुधारित आहेत आणि टेराहर्ट्झ अँटेनांमध्ये फारसे नावीन्य नाही. म्हणून, टेराहर्ट्झ कम्युनिकेशन सिस्टमची कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी, टेराहर्ट्झ अँटेना ऑप्टिमायझ करणे हे एक महत्त्वाचे काम आहे. तक्ता २ मध्ये जर्मन THz कम्युनिकेशनच्या संशोधन प्रगतीची यादी दिली आहे. आकृती ३ (अ) फोटोनिक्स आणि इलेक्ट्रॉनिक्स एकत्रित करणारी एक प्रातिनिधिक THz वायरलेस कम्युनिकेशन सिस्टम दर्शविते. आकृती ३ (ब) विंड टनेल चाचणी दृश्य दर्शविते. जर्मनीतील सध्याच्या संशोधन परिस्थितीवरून पाहता, त्याच्या संशोधन आणि विकासाचे कमी ऑपरेटिंग फ्रिक्वेन्सी, उच्च खर्च आणि कमी कार्यक्षमता असे तोटे देखील आहेत.
तक्ता २ जर्मनीमध्ये THz संप्रेषणाची संशोधन प्रगती
आकृती ३ पवन बोगद्याच्या चाचणीचे दृश्य
CSIRO आयसीटी सेंटरने THz इनडोअर वायरलेस कम्युनिकेशन सिस्टीमवरही संशोधन सुरू केले आहे. केंद्राने आकृती ४ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे वर्ष आणि कम्युनिकेशन फ्रिक्वेन्सीमधील संबंधांचा अभ्यास केला. आकृती ४ वरून दिसून येते की, २०२० पर्यंत, वायरलेस कम्युनिकेशन्सवरील संशोधन THz बँडकडे झुकते. रेडिओ स्पेक्ट्रम वापरून जास्तीत जास्त कम्युनिकेशन फ्रिक्वेन्सी दर वीस वर्षांनी सुमारे दहा पट वाढते. केंद्राने THz अँटेनाच्या आवश्यकतांवर शिफारसी केल्या आहेत आणि THz कम्युनिकेशन सिस्टीमसाठी हॉर्न आणि लेन्ससारखे पारंपारिक अँटेना प्रस्तावित केले आहेत. आकृती ५ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, दोन हॉर्न अँटेना अनुक्रमे ०.८४THz आणि १.७THz वर काम करतात, त्यांची रचना साधी असते आणि गॉसियन बीमची कामगिरी चांगली असते.
आकृती ४ वर्ष आणि वारंवारता यांच्यातील संबंध
RM-BDHA818-20A साठी चौकशी सबमिट करा, आम्ही तुमच्याशी २४ तासांत संपर्क करू.
RM-DCPHA105145-20 साठी चौकशी सबमिट करा, आम्ही तुमच्याशी २४ तासांत संपर्क करू.
आकृती ५ दोन प्रकारचे हॉर्न अँटेना
अमेरिकेने टेराहर्ट्झ लहरींच्या उत्सर्जन आणि शोधावर व्यापक संशोधन केले आहे. प्रसिद्ध टेराहर्ट्झ संशोधन प्रयोगशाळांमध्ये जेट प्रोपल्शन लॅबोरेटरी (JPL), स्टॅनफोर्ड लिनियर एक्सीलरेटर सेंटर (SLAC), यूएस नॅशनल लॅबोरेटरी (LLNL), नॅशनल एरोनॉटिक्स अँड स्पेस अॅडमिनिस्ट्रेशन (NASA), नॅशनल सायन्स फाउंडेशन (NSF) इत्यादींचा समावेश आहे. टेराहर्ट्झ अनुप्रयोगांसाठी नवीन टेराहर्ट्झ अँटेना डिझाइन केले गेले आहेत, जसे की बोटी अँटेना आणि फ्रिक्वेन्सी बीम स्टीअरिंग अँटेना. टेराहर्ट्झ अँटेनाच्या विकासानुसार, आकृती 6 मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, आपल्याला सध्या टेराहर्ट्झ अँटेनासाठी तीन मूलभूत डिझाइन कल्पना मिळू शकतात.
आकृती ६ टेराहर्ट्झ अँटेनासाठी तीन मूलभूत डिझाइन कल्पना
वरील विश्लेषणावरून असे दिसून येते की जरी अनेक देशांनी टेराहर्ट्झ अँटेनावर खूप लक्ष दिले असले तरी ते अजूनही सुरुवातीच्या शोध आणि विकासाच्या टप्प्यात आहे. उच्च प्रसारण नुकसान आणि आण्विक शोषणामुळे, THz अँटेना सहसा ट्रान्समिशन अंतर आणि कव्हरेजद्वारे मर्यादित असतात. काही अभ्यास THz बँडमधील कमी ऑपरेटिंग फ्रिक्वेन्सीवर लक्ष केंद्रित करतात. विद्यमान टेराहर्ट्झ अँटेना संशोधन प्रामुख्याने डायलेक्ट्रिक लेन्स अँटेना इत्यादी वापरून नफा सुधारण्यावर आणि योग्य अल्गोरिदम वापरून संप्रेषण कार्यक्षमता सुधारण्यावर लक्ष केंद्रित करते. याव्यतिरिक्त, टेराहर्ट्झ अँटेना पॅकेजिंगची कार्यक्षमता कशी सुधारायची हा देखील एक अतिशय तातडीचा मुद्दा आहे.
सामान्य THz अँटेना
THz अँटेनाचे अनेक प्रकार उपलब्ध आहेत: शंकूच्या आकाराच्या पोकळ्या असलेले द्विध्रुवीय अँटेना, कोपरा परावर्तक अॅरे, बोटी द्विध्रुवीय, डायलेक्ट्रिक लेन्स प्लॅनर अँटेना, THz स्रोत रेडिएशन स्रोत निर्माण करण्यासाठी फोटोकंडक्टिव्ह अँटेना, हॉर्न अँटेना, ग्राफीन मटेरियलवर आधारित THz अँटेना इ. THz अँटेना बनवण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या मटेरियलनुसार, त्यांना साधारणपणे मेटल अँटेना (प्रामुख्याने हॉर्न अँटेना), डायलेक्ट्रिक अँटेना (लेन्स अँटेना) आणि नवीन मटेरियल अँटेनामध्ये विभागले जाऊ शकते. हा विभाग प्रथम या अँटेनांचे प्राथमिक विश्लेषण देतो आणि नंतर पुढील विभागात, पाच सामान्य THz अँटेना तपशीलवार सादर केले जातात आणि त्यांचे सखोल विश्लेषण केले जाते.
१. धातूचे अँटेना
हॉर्न अँटेना हा एक सामान्य धातूचा अँटेना आहे जो THz बँडमध्ये काम करण्यासाठी डिझाइन केलेला आहे. क्लासिक मिलिमीटर वेव्ह रिसीव्हरचा अँटेना शंकूच्या आकाराचा हॉर्न असतो. नालीदार आणि ड्युअल-मोड अँटेनाचे अनेक फायदे आहेत, ज्यामध्ये रोटेशनली सिमेट्रिक रेडिएशन पॅटर्न, २० ते ३० dBi चा उच्च वाढ आणि -३० dB चा कमी क्रॉस-पोलरायझेशन लेव्हल आणि ९७% ते ९८% कपलिंग कार्यक्षमता यांचा समावेश आहे. दोन हॉर्न अँटेनाची उपलब्ध बँडविड्थ अनुक्रमे ३०%-४०% आणि ६%-८% आहे.
टेराहर्ट्झ लहरींची वारंवारता खूप जास्त असल्याने, हॉर्न अँटेनाचा आकार खूपच लहान असतो, ज्यामुळे हॉर्नची प्रक्रिया करणे खूप कठीण होते, विशेषतः अँटेना अॅरेच्या डिझाइनमध्ये, आणि प्रक्रिया तंत्रज्ञानाची जटिलता जास्त खर्च आणि मर्यादित उत्पादनास कारणीभूत ठरते. जटिल हॉर्न डिझाइनच्या तळाशी तयार करण्यात अडचणीमुळे, शंकूच्या आकाराचे किंवा शंकूच्या आकाराचे हॉर्नच्या स्वरूपात एक साधा हॉर्न अँटेना सहसा वापरला जातो, जो खर्च आणि प्रक्रिया जटिलता कमी करू शकतो आणि अँटेनाची रेडिएशन कार्यक्षमता चांगली राखता येते.
आणखी एक धातूचा अँटेना म्हणजे ट्रॅव्हलिंग वेव्ह पिरॅमिड अँटेना, ज्यामध्ये १.२ मायक्रॉन डायलेक्ट्रिक फिल्मवर एकत्रित केलेला आणि सिलिकॉन वेफरवर कोरलेल्या अनुदैर्ध्य पोकळीत निलंबित केलेला ट्रॅव्हलिंग वेव्ह अँटेना असतो, जसे आकृती ७ मध्ये दाखवले आहे. हा अँटेना एक खुली रचना आहे जी स्कॉटकी डायोडशी सुसंगत आहे. त्याच्या तुलनेने सोप्या रचनेमुळे आणि कमी उत्पादन आवश्यकतांमुळे, तो सामान्यतः ०.६ THz वरील फ्रिक्वेन्सी बँडमध्ये वापरला जाऊ शकतो. तथापि, अँटेनाची साइडलोब पातळी आणि क्रॉस-पोलरायझेशन पातळी जास्त आहे, कदाचित त्याच्या खुल्या रचनेमुळे. म्हणून, त्याची जोडणी कार्यक्षमता तुलनेने कमी आहे (सुमारे ५०%).
आकृती ७ ट्रॅव्हलिंग वेव्ह पिरॅमिडल अँटेना
२. डायलेक्ट्रिक अँटेना
डायलेक्ट्रिक अँटेना हा डायलेक्ट्रिक सब्सट्रेट आणि अँटेना रेडिएटरचे संयोजन आहे. योग्य डिझाइनद्वारे, डायलेक्ट्रिक अँटेना डिटेक्टरशी प्रतिबाधा जुळवून घेऊ शकतो आणि त्याचे फायदे साधे प्रक्रिया, सोपे एकत्रीकरण आणि कमी खर्चाचे आहेत. अलिकडच्या वर्षांत, संशोधकांनी अनेक नॅरोबँड आणि ब्रॉडबँड साइड-फायर अँटेना डिझाइन केले आहेत जे टेराहर्ट्झ डायलेक्ट्रिक अँटेनाच्या कमी-प्रतिबाधा डिटेक्टरशी जुळू शकतात: बटरफ्लाय अँटेना, डबल यू-आकाराचे अँटेना, लॉग-पीरियडिक अँटेना आणि लॉग-पीरियडिक साइनसॉइडल अँटेना, आकृती 8 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे. याव्यतिरिक्त, अनुवांशिक अल्गोरिदमद्वारे अधिक जटिल अँटेना भूमिती डिझाइन केल्या जाऊ शकतात.
आकृती ८ चार प्रकारचे प्लॅनर अँटेना
तथापि, डायलेक्ट्रिक अँटेना डायलेक्ट्रिक सब्सट्रेटसह एकत्रित असल्याने, जेव्हा वारंवारता THz बँडकडे झुकते तेव्हा पृष्ठभागावरील लाटा परिणाम होईल. या घातक गैरसोयीमुळे अँटेना ऑपरेशन दरम्यान भरपूर ऊर्जा गमावेल आणि अँटेना रेडिएशन कार्यक्षमतेत लक्षणीय घट करेल. आकृती 9 मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, जेव्हा अँटेना रेडिएशन कोन कटऑफ कोनापेक्षा जास्त असतो, तेव्हा त्याची ऊर्जा डायलेक्ट्रिक सब्सट्रेटमध्ये मर्यादित असते आणि सब्सट्रेट मोडसह जोडली जाते.
आकृती 9 अँटेना पृष्ठभाग लहरी प्रभाव
सब्सट्रेटची जाडी वाढत असताना, हाय-ऑर्डर मोड्सची संख्या वाढते आणि अँटेना आणि सब्सट्रेटमधील जोडणी वाढते, ज्यामुळे ऊर्जा कमी होते. पृष्ठभागाच्या लाटाच्या प्रभावाला कमकुवत करण्यासाठी, तीन ऑप्टिमायझेशन योजना आहेत:
१) इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरींच्या बीमफॉर्मिंग वैशिष्ट्यांचा वापर करून फायदा वाढवण्यासाठी अँटेनावर लेन्स लोड करा.
२) इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लहरींच्या उच्च-क्रम मोडची निर्मिती रोखण्यासाठी सब्सट्रेटची जाडी कमी करा.
३) सब्सट्रेट डायलेक्ट्रिक मटेरियलच्या जागी इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक बँड गॅप (EBG) लावा. EBG ची स्थानिक फिल्टरिंग वैशिष्ट्ये उच्च-क्रम मोड्सना दडपू शकतात.
३. नवीन मटेरियल अँटेना
वरील दोन अँटेना व्यतिरिक्त, नवीन पदार्थांपासून बनवलेला टेराहर्ट्झ अँटेना देखील आहे. उदाहरणार्थ, २००६ मध्ये, जिन हाओ आणि इतरांनी कार्बन नॅनोट्यूब द्विध्रुवीय अँटेना प्रस्तावित केला. आकृती १० (अ) मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, द्विध्रुवीय धातूंच्या पदार्थांऐवजी कार्बन नॅनोट्यूबपासून बनलेला आहे. त्यांनी कार्बन नॅनोट्यूब द्विध्रुवीय अँटेनाच्या इन्फ्रारेड आणि ऑप्टिकल गुणधर्मांचा काळजीपूर्वक 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 १० (ब) कार्बन नॅनोट्यूब द्विध्रुवीय अँटेनाच्या इनपुट प्रतिबाधा आणि वारंवारता यांच्यातील संबंध दर्शविते. आकृती १० (ब) मध्ये पाहिल्याप्रमाणे, इनपुट प्रतिबाधाच्या काल्पनिक भागात उच्च फ्रिक्वेन्सीवर अनेक शून्य आहेत. हे सूचित करते की अँटेना वेगवेगळ्या फ्रिक्वेन्सीवर अनेक अनुनाद प्राप्त करू शकतो. स्पष्टपणे, कार्बन नॅनोट्यूब अँटेना एका विशिष्ट फ्रिक्वेन्सी रेंजमध्ये (कमी THz फ्रिक्वेन्सी) अनुनाद प्रदर्शित करतो, परंतु या रेंजच्या बाहेर अनुनाद करण्यास पूर्णपणे अक्षम आहे.
आकृती १० (अ) कार्बन नॅनोट्यूब द्विध्रुवीय अँटेना. (ब) इनपुट प्रतिबाधा-फ्रिक्वेंसी वक्र
२०१२ मध्ये, समीर एफ. महमूद आणि आयेद आर. अलअजमी यांनी कार्बन नॅनोट्यूबवर आधारित एक नवीन टेराहर्ट्झ अँटेना रचना प्रस्तावित केली, ज्यामध्ये दोन डायलेक्ट्रिक थरांमध्ये गुंडाळलेल्या कार्बन नॅनोट्यूबचा एक बंडल असतो. आतील डायलेक्ट्रिक थर हा डायलेक्ट्रिक फोम थर आहे आणि बाह्य डायलेक्ट्रिक थर हा मेटामटेरियल थर आहे. विशिष्ट रचना आकृती ११ मध्ये दर्शविली आहे. चाचणीद्वारे, सिंगल-वॉल्ड कार्बन नॅनोट्यूबच्या तुलनेत अँटेनाची रेडिएशन कार्यक्षमता सुधारली आहे.
आकृती ११ कार्बन नॅनोट्यूबवर आधारित नवीन टेराहर्ट्झ अँटेना
वर प्रस्तावित केलेले नवीन मटेरियल टेराहर्ट्झ अँटेना प्रामुख्याने त्रिमितीय आहेत. अँटेनाची बँडविड्थ सुधारण्यासाठी आणि कॉन्फॉर्मल अँटेना बनवण्यासाठी, प्लॅनर ग्राफीन अँटेनांना व्यापक लक्ष वेधले गेले आहे. ग्राफीनमध्ये उत्कृष्ट गतिमान सतत नियंत्रण वैशिष्ट्ये आहेत आणि बायस व्होल्टेज समायोजित करून पृष्ठभाग प्लाझ्मा निर्माण करू शकतात. पृष्ठभाग प्लाझ्मा सकारात्मक डायलेक्ट्रिक स्थिरांक सब्सट्रेट्स (जसे की Si, SiO2, इ.) आणि नकारात्मक डायलेक्ट्रिक स्थिरांक सब्सट्रेट्स (जसे की मौल्यवान धातू, ग्राफीन इ.) यांच्या दरम्यानच्या इंटरफेसवर अस्तित्वात आहे. मौल्यवान धातू आणि ग्राफीन सारख्या कंडक्टरमध्ये मोठ्या संख्येने "मुक्त इलेक्ट्रॉन" असतात. या मुक्त इलेक्ट्रॉनांना प्लाझ्मा असेही म्हणतात. कंडक्टरमधील अंतर्निहित संभाव्य क्षेत्रामुळे, हे प्लाझ्मा स्थिर स्थितीत असतात आणि बाह्य जगाद्वारे त्यांना त्रास होत नाही. जेव्हा घटनात्मक इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्ह एनर्जी या प्लाझ्माशी जोडली जाते, तेव्हा प्लाझ्मा स्थिर स्थितीपासून विचलित होतील आणि कंपन करतील. रूपांतरणानंतर, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक मोड इंटरफेसवर एक ट्रान्सव्हर्स मॅग्नेटिक वेव्ह तयार करतो. ड्रूड मॉडेलद्वारे धातूच्या पृष्ठभागाच्या प्लाझ्माच्या फैलाव संबंधाच्या वर्णनानुसार, धातू नैसर्गिकरित्या मुक्त जागेत इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक लाटांशी जोडू शकत नाहीत आणि ऊर्जा रूपांतरित करू शकत नाहीत. पृष्ठभागावरील प्लाझ्मा लहरींना उत्तेजित करण्यासाठी इतर पदार्थांचा वापर करणे आवश्यक आहे. पृष्ठभागावरील प्लाझ्मा लहरी धातू-सब्सट्रेट इंटरफेसच्या समांतर दिशेने वेगाने क्षय करतात. जेव्हा धातूचा वाहक पृष्ठभागाच्या लंब दिशेने चालतो तेव्हा त्वचेचा परिणाम होतो. स्पष्टपणे, अँटेनाच्या लहान आकारामुळे, उच्च वारंवारता बँडमध्ये त्वचेचा परिणाम होतो, ज्यामुळे अँटेनाची कार्यक्षमता झपाट्याने कमी होते आणि ते टेराहर्ट्झ अँटेनाच्या आवश्यकता पूर्ण करू शकत नाही. ग्राफीनच्या पृष्ठभागावरील प्लाझ्मॉनमध्ये केवळ उच्च बंधन शक्ती आणि कमी नुकसानच नाही तर सतत विद्युत ट्यूनिंगला देखील समर्थन देते. याव्यतिरिक्त, टेराहर्ट्झ बँडमध्ये ग्राफीनची जटिल चालकता असते. म्हणून, मंद लहरी प्रसार टेराहर्ट्झ फ्रिक्वेन्सीवर प्लाझ्मा मोडशी संबंधित आहे. ही वैशिष्ट्ये टेराहर्ट्झ बँडमध्ये धातूच्या पदार्थांना बदलण्यासाठी ग्राफीनची व्यवहार्यता पूर्णपणे दर्शवितात.
ग्राफीन पृष्ठभागाच्या प्लाझमॉनच्या ध्रुवीकरण वर्तनावर आधारित, आकृती १२ मध्ये एक नवीन प्रकारचा स्ट्रिप अँटेना दाखवला आहे आणि ग्राफीनमधील प्लाझ्मा लहरींच्या प्रसार वैशिष्ट्यांचा बँड आकार प्रस्तावित केला आहे. ट्यून करण्यायोग्य अँटेना बँडची रचना नवीन मटेरियल टेराहर्ट्झ अँटेनाच्या प्रसार वैशिष्ट्यांचा अभ्यास करण्याचा एक नवीन मार्ग प्रदान करते.
आकृती १२ नवीन स्ट्रिप अँटेना
युनिटच्या नवीन मटेरियल टेराहर्ट्झ अँटेना घटकांचा शोध घेण्याव्यतिरिक्त, ग्राफीन नॅनोपॅच टेराहर्ट्झ अँटेना देखील टेराहर्ट्झ मल्टी-इनपुट मल्टी-आउटपुट अँटेना कम्युनिकेशन सिस्टम तयार करण्यासाठी अॅरे म्हणून डिझाइन केले जाऊ शकतात. अँटेनाची रचना आकृती १३ मध्ये दर्शविली आहे. ग्राफीन नॅनोपॅच अँटेनाच्या अद्वितीय गुणधर्मांवर आधारित, अँटेना घटकांमध्ये मायक्रोन-स्केल परिमाणे असतात. रासायनिक वाष्प निक्षेपण पातळ निकेल थरावर वेगवेगळ्या ग्राफीन प्रतिमांचे थेट संश्लेषण करते आणि त्यांना कोणत्याही सब्सट्रेटमध्ये स्थानांतरित करते. घटकांची योग्य संख्या निवडून आणि इलेक्ट्रोस्टॅटिक बायस व्होल्टेज बदलून, रेडिएशन दिशा प्रभावीपणे बदलली जाऊ शकते, ज्यामुळे सिस्टम पुन्हा कॉन्फिगर करण्यायोग्य बनते.
आकृती १३ ग्राफीन नॅनोपॅच टेराहर्ट्झ अँटेना अॅरे
नवीन साहित्याचे संशोधन ही तुलनेने नवीन दिशा आहे. साहित्याच्या नवोपक्रमामुळे पारंपारिक अँटेनाच्या मर्यादा ओलांडून विविध प्रकारचे नवीन अँटेना विकसित होतील, जसे की रिकॉन्फिगर करण्यायोग्य मेटामटेरियल, द्विमितीय (2D) साहित्य इत्यादी. तथापि, या प्रकारचा अँटेना प्रामुख्याने नवीन साहित्याच्या नवोपक्रमावर आणि प्रक्रिया तंत्रज्ञानाच्या प्रगतीवर अवलंबून असतो. कोणत्याही परिस्थितीत, टेराहर्ट्झ अँटेनाच्या विकासासाठी टेराहर्ट्झ अँटेनाच्या उच्च लाभ, कमी किमतीच्या आणि विस्तृत बँडविड्थ आवश्यकता पूर्ण करण्यासाठी नाविन्यपूर्ण साहित्य, अचूक प्रक्रिया तंत्रज्ञान आणि नवीन डिझाइन संरचना आवश्यक असतात.
खालील तीन प्रकारच्या टेराहर्ट्झ अँटेनाची मूलभूत तत्त्वे सादर करते: मेटल अँटेना, डायलेक्ट्रिक अँटेना आणि नवीन मटेरियल अँटेना, आणि त्यांच्यातील फरक आणि फायदे आणि तोटे यांचे विश्लेषण करते.
१. धातूचा अँटेना: भूमिती सोपी, प्रक्रिया करण्यास सोपी, तुलनेने कमी किंमत आणि सब्सट्रेट मटेरियलसाठी कमी आवश्यकता आहे. तथापि, धातूचा अँटेना अँटेनाची स्थिती समायोजित करण्यासाठी यांत्रिक पद्धत वापरतो, ज्यामुळे त्रुटी येण्याची शक्यता असते. जर समायोजन योग्य नसेल, तर अँटेनाची कार्यक्षमता मोठ्या प्रमाणात कमी होईल. धातूचा अँटेना आकाराने लहान असला तरी, तो प्लॅनर सर्किटसह एकत्र करणे कठीण आहे.
२. डायलेक्ट्रिक अँटेना: डायलेक्ट्रिक अँटेनाचा इनपुट प्रतिबाधा कमी असतो, तो कमी प्रतिबाधा डिटेक्टरशी जुळण्यास सोपा असतो आणि प्लॅनर सर्किटशी जोडणे तुलनेने सोपे असते. डायलेक्ट्रिक अँटेनाच्या भौमितिक आकारांमध्ये फुलपाखरू आकार, दुहेरी U आकार, पारंपारिक लॉगरिथमिक आकार आणि लॉगरिथमिक नियतकालिक साइन आकार यांचा समावेश होतो. तथापि, डायलेक्ट्रिक अँटेनांमध्ये एक घातक दोष देखील असतो, तो म्हणजे जाड सब्सट्रेटमुळे होणारा पृष्ठभाग लहरी प्रभाव. यावर उपाय म्हणजे लेन्स लोड करणे आणि डायलेक्ट्रिक सब्सट्रेटला EBG स्ट्रक्चरने बदलणे. दोन्ही उपायांसाठी प्रक्रिया तंत्रज्ञान आणि साहित्यात नावीन्य आणि सतत सुधारणा आवश्यक आहेत, परंतु त्यांची उत्कृष्ट कामगिरी (जसे की सर्वदिशात्मकता आणि पृष्ठभाग लहरी दमन) टेराहर्ट्झ अँटेनाच्या संशोधनासाठी नवीन कल्पना प्रदान करू शकते.
३. नवीन मटेरियल अँटेना: सध्या, कार्बन नॅनोट्यूबपासून बनवलेले नवीन द्विध्रुवीय अँटेना आणि मेटामटेरियलपासून बनवलेले नवीन अँटेना स्ट्रक्चर्स दिसू लागले आहेत. नवीन मटेरियल नवीन कामगिरीच्या प्रगती आणू शकतात, परंतु मुख्य आधार म्हणजे मटेरियल सायन्सचा नवोपक्रम. सध्या, नवीन मटेरियल अँटेनावरील संशोधन अजूनही अन्वेषणाच्या टप्प्यात आहे आणि अनेक प्रमुख तंत्रज्ञान पुरेसे परिपक्व झालेले नाहीत.
थोडक्यात, डिझाइन आवश्यकतांनुसार वेगवेगळ्या प्रकारचे टेराहर्ट्झ अँटेना निवडले जाऊ शकतात:
१) जर साधे डिझाइन आणि कमी उत्पादन खर्च आवश्यक असेल तर धातूचे अँटेना निवडता येतील.
२) जर उच्च एकात्मता आणि कमी इनपुट प्रतिबाधा आवश्यक असेल, तर डायलेक्ट्रिक अँटेना निवडता येतील.
३) कामगिरीत प्रगती आवश्यक असल्यास, नवीन मटेरियल अँटेना निवडता येतील.
वरील डिझाइन्स विशिष्ट आवश्यकतांनुसार देखील समायोजित केल्या जाऊ शकतात. उदाहरणार्थ, अधिक फायदे मिळविण्यासाठी दोन प्रकारचे अँटेना एकत्र केले जाऊ शकतात, परंतु असेंब्ली पद्धत आणि डिझाइन तंत्रज्ञानाने अधिक कठोर आवश्यकता पूर्ण केल्या पाहिजेत.
अँटेनाबद्दल अधिक जाणून घेण्यासाठी, कृपया भेट द्या:
पोस्ट वेळ: ऑगस्ट-०२-२०२४
