Sa pagtaas ng katanyagan ng mga wireless na aparato, ang mga serbisyo ng data ay pumasok sa isang bagong panahon ng mabilis na pag-unlad, na kilala rin bilang ang paputok na paglago ng mga serbisyo ng data. Sa kasalukuyan, ang isang malaking bilang ng mga application ay unti-unting lumilipat mula sa mga computer patungo sa mga wireless na aparato tulad ng mga mobile phone na madaling dalhin at patakbuhin sa real time, ngunit ang sitwasyong ito ay humantong din sa isang mabilis na pagtaas sa trapiko ng data at isang kakulangan ng mga mapagkukunan ng bandwidth . Ayon sa istatistika, ang rate ng data sa merkado ay maaaring umabot sa Gbps o kahit Tbps sa susunod na 10 hanggang 15 taon. Sa kasalukuyan, ang komunikasyon ng THz ay umabot sa isang Gbps data rate, habang ang Tbps data rate ay nasa mga unang yugto pa rin ng pag-unlad. Inililista ng isang nauugnay na papel ang pinakabagong pag-unlad sa mga rate ng data ng Gbps batay sa THz band at hinuhulaan na maaaring makuha ang Tbps sa pamamagitan ng polarization multiplexing. Samakatuwid, upang mapataas ang rate ng paghahatid ng data, ang isang magagawang solusyon ay ang pagbuo ng isang bagong frequency band, na siyang terahertz band, na nasa "blangko na lugar" sa pagitan ng mga microwave at infrared na ilaw. Sa ITU World Radiocommunication Conference (WRC-19) noong 2019, ang frequency range na 275-450GHz ay ginamit para sa fixed at land mobile services. Ito ay makikita na ang terahertz wireless na mga sistema ng komunikasyon ay nakakaakit ng pansin ng maraming mga mananaliksik.
Ang mga terahertz electromagnetic wave ay karaniwang tinutukoy bilang ang frequency band na 0.1-10THz (1THz=1012Hz) na may wavelength na 0.03-3 mm. Ayon sa pamantayan ng IEEE, ang mga terahertz wave ay tinukoy bilang 0.3-10THz. Ipinapakita ng Figure 1 na ang terahertz frequency band ay nasa pagitan ng mga microwave at infrared na ilaw.
Fig. 1 Schematic diagram ng THz frequency band.
Pag-unlad ng Terahertz Antennas
Bagama't nagsimula ang pananaliksik sa terahertz noong ika-19 na siglo, hindi ito pinag-aralan bilang isang malayang larangan noong panahong iyon. Ang pananaliksik sa terahertz radiation ay pangunahing nakatuon sa malayong infrared na banda. Hanggang sa kalagitnaan ng huling bahagi ng ika-20 siglo na nagsimula ang mga mananaliksik na isulong ang millimeter wave research sa terahertz band at magsagawa ng espesyal na pananaliksik sa teknolohiya ng terahertz.
Noong 1980s, ang paglitaw ng mga pinagmumulan ng terahertz radiation ay naging posible ang paggamit ng mga terahertz wave sa mga praktikal na sistema. Mula noong ika-21 siglo, ang teknolohiya ng wireless na komunikasyon ay mabilis na umunlad, at ang pangangailangan ng mga tao para sa impormasyon at ang pagtaas ng mga kagamitan sa komunikasyon ay naglagay ng mas mahigpit na mga kinakailangan sa bilis ng paghahatid ng data ng komunikasyon. Samakatuwid, ang isa sa mga hamon ng teknolohiya ng komunikasyon sa hinaharap ay ang pagpapatakbo sa isang mataas na rate ng data na gigabit bawat segundo sa isang lokasyon. Sa ilalim ng kasalukuyang pag-unlad ng ekonomiya, ang mga mapagkukunan ng spectrum ay naging lalong mahirap makuha. Gayunpaman, ang mga pangangailangan ng tao para sa kapasidad at bilis ng komunikasyon ay walang katapusan. Para sa problema ng spectrum congestion, maraming kumpanya ang gumagamit ng multiple-input multiple-output (MIMO) na teknolohiya upang mapabuti ang spectrum efficiency at kapasidad ng system sa pamamagitan ng spatial multiplexing. Sa pagsulong ng mga 5G network, ang bilis ng koneksyon ng data ng bawat user ay lalampas sa Gbps, at ang trapiko ng data ng mga base station ay tataas din nang malaki. Para sa tradisyunal na millimeter wave communication system, hindi magagawa ng mga link sa microwave ang malalaking data stream na ito. Bilang karagdagan, dahil sa impluwensya ng linya ng paningin, ang distansya ng paghahatid ng infrared na komunikasyon ay maikli at ang lokasyon ng mga kagamitan sa komunikasyon nito ay naayos. Samakatuwid, ang mga THz wave, na nasa pagitan ng mga microwave at infrared, ay maaaring gamitin upang bumuo ng mga high-speed na sistema ng komunikasyon at pataasin ang mga rate ng paghahatid ng data sa pamamagitan ng paggamit ng mga THz link.
Ang mga terahertz wave ay maaaring magbigay ng mas malawak na bandwidth ng komunikasyon, at ang frequency range nito ay humigit-kumulang 1000 beses kaysa sa mga mobile na komunikasyon. Samakatuwid, ang paggamit ng THz upang bumuo ng ultra-high-speed wireless na mga sistema ng komunikasyon ay isang promising na solusyon sa hamon ng mataas na rate ng data, na umakit ng interes ng maraming research team at industriya. Noong Setyembre 2017, inilabas ang unang THz wireless communication standard na IEEE 802.15.3d-2017, na tumutukoy sa point-to-point na palitan ng data sa mas mababang THz frequency range na 252-325 GHz. Maaaring makamit ng alternatibong pisikal na layer (PHY) ng link ang mga rate ng data na hanggang 100 Gbps sa iba't ibang bandwidth.
Ang unang matagumpay na THz na sistema ng komunikasyon na 0.12 THz ay itinatag noong 2004, at ang THz na sistema ng komunikasyon na 0.3 THz ay naisakatuparan noong 2013. Inililista ng talahanayan 1 ang pag-unlad ng pananaliksik ng mga sistema ng komunikasyong terahertz sa Japan mula 2004 hanggang 2013.
Talahanayan 1 Pag-unlad ng pananaliksik ng mga sistema ng komunikasyon ng terahertz sa Japan mula 2004 hanggang 2013
Ang istraktura ng antena ng isang sistema ng komunikasyon na binuo noong 2004 ay inilarawan nang detalyado ng Nippon Telegraph and Telephone Corporation (NTT) noong 2005. Ang pagsasaayos ng antenna ay ipinakilala sa dalawang kaso, tulad ng ipinapakita sa Figure 2.
Figure 2 Schematic diagram ng NTT 120 GHz wireless communication system ng Japan
Pinagsasama ng system ang photoelectric conversion at antenna at gumagamit ng dalawang working mode:
1. Sa isang malapit na panloob na kapaligiran, ang planar antenna transmitter na ginagamit sa loob ng bahay ay binubuo ng isang single-line carrier photodiode (UTC-PD) chip, isang planar slot antenna at isang silicon lens, tulad ng ipinapakita sa Figure 2(a).
2. Sa isang long-range na panlabas na kapaligiran, upang mapabuti ang impluwensya ng malaking pagkawala ng transmission at mababang sensitivity ng detector, ang transmiter antenna ay dapat na may mataas na pakinabang. Ang umiiral na terahertz antenna ay gumagamit ng Gaussian optical lens na may gain na higit sa 50 dBi. Ang kumbinasyon ng feed horn at dielectric lens ay ipinapakita sa Figure 2(b).
Bilang karagdagan sa pagbuo ng 0.12 THz na sistema ng komunikasyon, nakabuo din ang NTT ng 0.3THz na sistema ng komunikasyon noong 2012. Sa pamamagitan ng tuluy-tuloy na pag-optimize, ang transmission rate ay maaaring kasing taas ng 100Gbps. Tulad ng makikita mula sa Talahanayan 1, ito ay gumawa ng isang malaking kontribusyon sa pag-unlad ng terahertz na komunikasyon. Gayunpaman, ang kasalukuyang gawaing pananaliksik ay may mga disadvantages ng mababang dalas ng pagpapatakbo, malaking sukat at mataas na gastos.
Karamihan sa mga terahertz antenna na kasalukuyang ginagamit ay binago mula sa mga millimeter wave antenna, at may kaunting pagbabago sa mga terahertz antenna. Samakatuwid, upang mapabuti ang pagganap ng mga sistema ng komunikasyon ng terahertz, isang mahalagang gawain ay ang pag-optimize ng mga terahertz antenna. Inililista ng talahanayan 2 ang pag-unlad ng pananaliksik ng komunikasyong THz ng Aleman. Ang Figure 3 (a) ay nagpapakita ng isang kinatawan ng THz wireless na sistema ng komunikasyon na pinagsasama ang photonics at electronics. Ipinapakita ng Figure 3 (b) ang wind tunnel test scene. Sa paghusga mula sa kasalukuyang sitwasyon ng pananaliksik sa Germany, ang pananaliksik at pag-unlad nito ay mayroon ding mga disadvantage tulad ng mababang dalas ng pagpapatakbo, mataas na gastos at mababang kahusayan.
Talahanayan 2 Pag-unlad ng pananaliksik ng THz na komunikasyon sa Germany
Figure 3 Wind tunnel test scene
Ang CSIRO ICT Center ay nagpasimula rin ng pagsasaliksik sa THz indoor wireless communication system. Pinag-aralan ng sentro ang ugnayan sa pagitan ng taon at dalas ng komunikasyon, tulad ng ipinapakita sa Figure 4. Gaya ng makikita mula sa Figure 4, pagdating ng 2020, ang pananaliksik sa mga wireless na komunikasyon ay may kaugaliang THz band. Ang pinakamataas na dalas ng komunikasyon gamit ang radio spectrum ay tumataas nang humigit-kumulang sampung beses bawat dalawampung taon. Ang sentro ay gumawa ng mga rekomendasyon sa mga kinakailangan para sa mga THz antenna at iminungkahing tradisyonal na mga antenna tulad ng mga sungay at lente para sa mga sistema ng komunikasyon ng THz. Tulad ng ipinapakita sa Figure 5, gumagana ang dalawang horn antenna sa 0.84THz at 1.7THz ayon sa pagkakabanggit, na may isang simpleng istraktura at mahusay na pagganap ng Gaussian beam.
Figure 4 Relasyon sa pagitan ng taon at dalas
RM-BDHA818-20A
RM-DCPHA105145-20
Larawan 5 Dalawang uri ng horn antenna
Ang Estados Unidos ay nagsagawa ng malawak na pananaliksik sa paglabas at pagtuklas ng mga terahertz wave. Kabilang sa mga sikat na laboratoryo ng pananaliksik sa terahertz ang Jet Propulsion Laboratory (JPL), ang Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), ang US National Laboratory (LLNL), ang National Aeronautics and Space Administration (NASA), ang National Science Foundation (NSF), atbp. Ang mga bagong terahertz antenna para sa mga terahertz application ay idinisenyo, tulad ng mga bowtie antenna at frequency beam steering antenna. Ayon sa pagbuo ng mga terahertz antenna, makakakuha tayo ng tatlong pangunahing ideya sa disenyo para sa mga terahertz antenna sa kasalukuyan, tulad ng ipinapakita sa Figure 6.
Figure 6 Tatlong pangunahing ideya sa disenyo para sa mga terahertz antenna
Ang pagsusuri sa itaas ay nagpapakita na kahit na maraming mga bansa ang nagbigay ng malaking pansin sa mga terahertz antenna, ito ay nasa paunang yugto ng pagsaliksik at pag-unlad. Dahil sa mataas na pagkawala ng propagation at molecular absorption, ang mga THz antenna ay kadalasang nililimitahan ng transmission distance at coverage. Nakatuon ang ilang pag-aaral sa mas mababang operating frequency sa THz band. Ang kasalukuyang pananaliksik ng terahertz antenna ay pangunahing nakatuon sa pagpapabuti ng kita sa pamamagitan ng paggamit ng mga dielectric lens antenna, atbp., at pagpapabuti ng kahusayan sa komunikasyon sa pamamagitan ng paggamit ng mga naaangkop na algorithm. Bilang karagdagan, kung paano pagbutihin ang kahusayan ng terahertz antenna packaging ay isang napaka-kagyat na isyu.
Pangkalahatang THz antenna
Maraming uri ng THz antenna ang available: dipole antenna na may conical cavity, corner reflector arrays, bowtie dipoles, dielectric lens planar antennas, photoconductive antennas para sa pagbuo ng THz source radiation sources, horn antennas, THz antennas batay sa graphene materials, atbp. Ayon sa ang mga materyales na ginamit sa paggawa ng mga THz antenna, halos nahahati ang mga ito sa mga metal na antenna (pangunahin ang mga horn antenna), dielectric antenna (lens antenna), at mga bagong materyal na antenna. Ang seksyong ito ay unang nagbibigay ng paunang pagsusuri ng mga antenna na ito, at pagkatapos ay sa susunod na seksyon, limang tipikal na THz antenna ang ipinakilala nang detalyado at sinuri nang malalim.
1. Mga metal na antenna
Ang horn antenna ay isang tipikal na metal antenna na idinisenyo upang gumana sa THz band. Ang antenna ng isang klasikong millimeter wave receiver ay isang conical na sungay. Ang mga corrugated at dual-mode na antenna ay may maraming pakinabang, kabilang ang rotationally symmetric radiation patterns, mataas na gain na 20 hanggang 30 dBi at mababang cross-polarization level na -30 dB, at coupling efficiency na 97% hanggang 98%. Ang magagamit na mga bandwidth ng dalawang horn antenna ay 30%-40% at 6%-8%, ayon sa pagkakabanggit.
Dahil ang dalas ng mga terahertz wave ay napakataas, ang laki ng horn antenna ay napakaliit, na nagpapahirap sa pagproseso ng sungay, lalo na sa disenyo ng mga arrays ng antenna, at ang pagiging kumplikado ng teknolohiya ng pagproseso ay humahantong sa labis na gastos at limitadong produksyon. Dahil sa kahirapan sa paggawa sa ilalim ng kumplikadong disenyo ng sungay, karaniwang ginagamit ang isang simpleng horn antenna sa anyo ng conical o conical horn, na maaaring mabawasan ang gastos at pagiging kumplikado ng proseso, at ang pagganap ng radiation ng antena ay maaaring mapanatili. mabuti.
Ang isa pang metal antenna ay isang travelling wave pyramid antenna, na binubuo ng isang traveling wave antenna na isinama sa isang 1.2 micron dielectric film at sinuspinde sa isang longitudinal na lukab na nakaukit sa isang silicon wafer, tulad ng ipinapakita sa Figure 7. Ang antenna na ito ay isang bukas na istraktura na katugma sa Schottky diodes. Dahil sa medyo simple nitong istraktura at mababang mga kinakailangan sa pagmamanupaktura, maaari itong karaniwang gamitin sa mga frequency band na higit sa 0.6 THz. Gayunpaman, ang antas ng sidelobe at antas ng cross-polarization ng antenna ay mataas, marahil dahil sa bukas na istraktura nito. Samakatuwid, ang kahusayan ng pagkabit nito ay medyo mababa (mga 50%).
Figure 7 Travelling wave pyramidal antenna
2. Dielectric antenna
Ang dielectric antenna ay isang kumbinasyon ng isang dielectric substrate at isang antenna radiator. Sa pamamagitan ng wastong disenyo, ang dielectric antenna ay makakamit ang pagtutugma ng impedance sa detektor, at may mga pakinabang ng simpleng proseso, madaling pagsasama, at mababang gastos. Sa mga nakalipas na taon, nagdisenyo ang mga mananaliksik ng ilang narrowband at broadband side-fire antenna na maaaring tumugma sa mga low-impedance detector ng terahertz dielectric antenna: butterfly antenna, double U-shaped antenna, log-periodic antenna, at log-periodic sinusoidal antenna, bilang ipinapakita sa Figure 8. Bilang karagdagan, ang mga mas kumplikadong antenna geometries ay maaaring idisenyo sa pamamagitan ng mga genetic algorithm.
Figure 8 Apat na uri ng planar antenna
Gayunpaman, dahil ang dielectric antenna ay pinagsama sa isang dielectric na substrate, isang epekto ng wave sa ibabaw ang magaganap kapag ang dalas ay nasa THz band. Ang nakamamatay na kawalan na ito ay magiging sanhi ng pagkawala ng maraming enerhiya sa antena sa panahon ng operasyon at humantong sa isang makabuluhang pagbawas sa kahusayan ng radiation ng antenna. Tulad ng ipinapakita sa Figure 9, kapag ang anggulo ng radiation ng antenna ay mas malaki kaysa sa anggulo ng cutoff, ang enerhiya nito ay nakakulong sa dielectric substrate at isinama sa substrate mode.
Figure 9 Antenna surface wave effect
Habang tumataas ang kapal ng substrate, tumataas ang bilang ng mga high-order na mode, at tumataas ang pagkakabit sa pagitan ng antenna at substrate, na nagreresulta sa pagkawala ng enerhiya. Upang pahinain ang epekto ng surface wave, mayroong tatlong mga scheme ng pag-optimize:
1) Mag-load ng lens sa antenna upang madagdagan ang nakuha sa pamamagitan ng paggamit ng mga katangian ng beamforming ng mga electromagnetic wave.
2) Bawasan ang kapal ng substrate upang sugpuin ang pagbuo ng mga high-order na mode ng mga electromagnetic wave.
3) Palitan ang substrate dielectric material ng electromagnetic band gap (EBG). Ang mga katangian ng spatial na pag-filter ng EBG ay maaaring sugpuin ang mga high-order na mode.
3. Mga bagong materyal na antenna
Bilang karagdagan sa dalawang antenna sa itaas, mayroon ding terahertz antenna na gawa sa mga bagong materyales. Halimbawa, noong 2006, Jin Hao et al. nagmungkahi ng carbon nanotube dipole antenna. Tulad ng ipinapakita sa Figure 10 (a), ang dipole ay gawa sa carbon nanotubes sa halip na mga metal na materyales. Maingat niyang pinag-aralan ang infrared at optical na katangian ng carbon nanotube dipole antenna at tinalakay ang mga pangkalahatang katangian ng finite-length na carbon nanotube dipole antenna, tulad ng input impedance, kasalukuyang distribution, gain, efficiency at radiation pattern. Ipinapakita ng Figure 10 (b) ang kaugnayan sa pagitan ng input impedance at frequency ng carbon nanotube dipole antenna. Tulad ng makikita sa Figure 10(b), ang haka-haka na bahagi ng input impedance ay may maramihang mga zero sa mas mataas na frequency. Ito ay nagpapahiwatig na ang antenna ay maaaring makamit ang maramihang mga resonance sa iba't ibang mga frequency. Malinaw, ang carbon nanotube antenna ay nagpapakita ng resonance sa loob ng isang partikular na hanay ng dalas (mas mababang mga frequency ng THz), ngunit ganap na hindi nakakatunog sa labas ng saklaw na ito.
Larawan 10 (a) Carbon nanotube dipole antenna. (b) Input impedance-frequency curve
Noong 2012, iminungkahi nina Samir F. Mahmoud at Ayed R. AlAjmi ang isang bagong istraktura ng terahertz antenna batay sa carbon nanotubes, na binubuo ng isang bundle ng carbon nanotubes na nakabalot sa dalawang dielectric na layer. Ang panloob na dielectric layer ay isang dielectric foam layer, at ang panlabas na dielectric layer ay isang metamaterial layer. Ang partikular na istraktura ay ipinapakita sa Figure 11. Sa pamamagitan ng pagsubok, ang pagganap ng radiation ng antenna ay napabuti kumpara sa single-walled carbon nanotubes.
Figure 11 Bagong terahertz antenna batay sa carbon nanotubes
Ang mga bagong materyal na terahertz antenna na iminungkahi sa itaas ay higit sa lahat ay three-dimensional. Upang mapahusay ang bandwidth ng antenna at gumawa ng mga conformal antenna, ang mga planar graphene antenna ay nakatanggap ng malawakang atensyon. Ang Graphene ay may mahusay na dynamic na patuloy na mga katangian ng kontrol at maaaring makabuo ng surface plasma sa pamamagitan ng pagsasaayos ng bias boltahe. Ang ibabaw ng plasma ay umiiral sa interface sa pagitan ng mga positibong dielectric na pare-parehong substrate (tulad ng Si, SiO2, atbp.) at negatibong dielectric na pare-parehong mga substrate (tulad ng mga mahalagang metal, graphene, atbp.). Mayroong isang malaking bilang ng mga "libreng electron" sa mga konduktor tulad ng mga mahalagang metal at graphene. Ang mga libreng electron na ito ay tinatawag ding mga plasma. Dahil sa likas na potensyal na larangan sa konduktor, ang mga plasma na ito ay nasa isang matatag na estado at hindi naaabala ng labas ng mundo. Kapag ang insidente ng electromagnetic wave energy ay isinama sa mga plasma na ito, ang mga plasma ay lilihis mula sa steady state at mag-vibrate. Pagkatapos ng conversion, ang electromagnetic mode ay bumubuo ng isang transverse magnetic wave sa interface. Ayon sa paglalarawan ng dispersion relation ng metal surface plasma sa pamamagitan ng Drude model, ang mga metal ay hindi maaaring natural na magkabit ng mga electromagnetic wave sa libreng espasyo at mag-convert ng enerhiya. Kinakailangang gumamit ng iba pang mga materyales upang pukawin ang mga alon sa ibabaw ng plasma. Ang mga alon sa ibabaw ng plasma ay mabilis na nabubulok sa parallel na direksyon ng interface ng metal-substrate. Kapag ang konduktor ng metal ay nagsasagawa sa direksyon na patayo sa ibabaw, nangyayari ang isang epekto sa balat. Malinaw, dahil sa maliit na sukat ng antenna, mayroong epekto sa balat sa high frequency band, na nagiging sanhi ng pagbaba ng pagganap ng antenna nang husto at hindi matugunan ang mga kinakailangan ng mga terahertz antenna. Ang ibabaw na plasmon ng graphene ay hindi lamang may mas mataas na puwersa ng pagbubuklod at mas mababang pagkawala, ngunit sinusuportahan din ang patuloy na pag-tune ng kuryente. Bilang karagdagan, ang graphene ay may kumplikadong conductivity sa terahertz band. Samakatuwid, ang mabagal na pagpapalaganap ng alon ay nauugnay sa plasma mode sa mga dalas ng terahertz. Ang mga katangiang ito ay ganap na nagpapakita ng pagiging posible ng graphene na palitan ang mga metal na materyales sa terahertz band.
Batay sa polarization behavior ng graphene surface plasmons, ang Figure 12 ay nagpapakita ng bagong uri ng strip antenna, at nagmumungkahi ng band shape ng mga katangian ng propagation ng plasma waves sa graphene. Ang disenyo ng tunable antenna band ay nagbibigay ng bagong paraan upang pag-aralan ang mga katangian ng pagpapalaganap ng mga bagong materyal na terahertz antenna.
Figure 12 Bagong strip antenna
Bilang karagdagan sa paggalugad ng unit ng mga bagong materyal na elemento ng terahertz antenna, maaari ding idisenyo ang mga graphene nanopatch terahertz antenna bilang mga arrays upang bumuo ng mga terahertz multi-input multi-output antenna communication system. Ang istraktura ng antena ay ipinapakita sa Figure 13. Batay sa mga natatanging katangian ng graphene nanopatch antenna, ang mga elemento ng antena ay may mga sukat na micron. Direktang nag-synthesize ng chemical vapor deposition ang iba't ibang graphene na imahe sa isang manipis na nickel layer at inililipat ang mga ito sa anumang substrate. Sa pamamagitan ng pagpili ng naaangkop na bilang ng mga bahagi at pagbabago ng electrostatic bias boltahe, ang direksyon ng radiation ay maaaring epektibong mabago, na ginagawang muling mai-configure ang system.
Figure 13 Graphene nanopatch terahertz antenna array
Ang pananaliksik ng mga bagong materyales ay medyo bagong direksyon. Ang inobasyon ng mga materyales ay inaasahang makakalagpas sa mga limitasyon ng mga tradisyunal na antenna at bumuo ng iba't ibang mga bagong antenna, tulad ng mga reconfigurable na metamaterial, dalawang-dimensional (2D) na materyales, atbp. Gayunpaman, ang ganitong uri ng antenna ay pangunahing nakadepende sa pagbabago ng bagong materyales at ang pagsulong ng teknolohiya ng proseso. Sa anumang kaso, ang pagbuo ng mga terahertz antenna ay nangangailangan ng mga makabagong materyales, tumpak na teknolohiya sa pagpoproseso at mga istrukturang disenyo ng nobela upang matugunan ang mataas na kita, mababang gastos at malawak na mga kinakailangan sa bandwidth ng mga terahertz antenna.
Ipinakilala ng sumusunod ang mga pangunahing prinsipyo ng tatlong uri ng terahertz antenna: mga metal antenna, dielectric antenna at mga bagong materyal na antenna, at sinusuri ang kanilang mga pagkakaiba at mga pakinabang at disadvantages.
1. Metal antenna: Ang geometry ay simple, madaling iproseso, medyo mababa ang gastos, at mababang mga kinakailangan para sa mga materyal na substrate. Gayunpaman, ang mga metal antenna ay gumagamit ng mekanikal na pamamaraan upang ayusin ang posisyon ng antena, na madaling kapitan ng mga pagkakamali. Kung ang pagsasaayos ay hindi tama, ang pagganap ng antenna ay lubos na mababawasan. Bagaman maliit ang laki ng metal antenna, mahirap mag-assemble gamit ang planar circuit.
2. Dielectric antenna: Ang dielectric antenna ay may mababang input impedance, madaling itugma sa isang mababang impedance detector, at medyo simple upang kumonekta sa isang planar circuit. Ang mga geometric na hugis ng dielectric antenna ay kinabibilangan ng butterfly shape, double U shape, conventional logarithmic shape at logarithmic periodic sine shape. Gayunpaman, ang mga dielectric antenna ay mayroon ding nakamamatay na kapintasan, lalo na ang epekto ng alon sa ibabaw na dulot ng makapal na substrate. Ang solusyon ay i-load ang isang lens at palitan ang dielectric substrate ng isang EBG structure. Ang parehong mga solusyon ay nangangailangan ng pagbabago at patuloy na pagpapabuti ng teknolohiya ng proseso at mga materyales, ngunit ang kanilang mahusay na pagganap (tulad ng omnidirectionality at pagsugpo sa surface wave) ay maaaring magbigay ng mga bagong ideya para sa pananaliksik ng mga terahertz antenna.
3. Mga bagong materyal na antenna: Sa kasalukuyan, lumitaw ang mga bagong dipole antenna na gawa sa carbon nanotubes at mga bagong istruktura ng antenna na gawa sa metamaterial. Ang mga bagong materyales ay maaaring magdala ng mga bagong tagumpay sa pagganap, ngunit ang saligan ay ang inobasyon ng agham ng mga materyales. Sa kasalukuyan, ang pananaliksik sa mga bagong materyal na antenna ay nasa yugto pa rin ng eksplorasyon, at maraming mga pangunahing teknolohiya ang hindi pa sapat.
Sa buod, maaaring mapili ang iba't ibang uri ng terahertz antenna ayon sa mga kinakailangan sa disenyo:
1) Kung kailangan ang simpleng disenyo at mababang gastos sa produksyon, maaaring pumili ng mga metal antenna.
2) Kung kinakailangan ang mataas na integration at mababang input impedance, maaaring pumili ng mga dielectric antenna.
3) Kung kinakailangan ang isang pambihirang tagumpay sa pagganap, maaaring pumili ng mga bagong materyal na antenna.
Ang mga disenyo sa itaas ay maaari ding iakma ayon sa mga partikular na pangangailangan. Halimbawa, ang dalawang uri ng antenna ay maaaring pagsamahin upang makakuha ng higit pang mga pakinabang, ngunit ang pamamaraan ng pagpupulong at teknolohiya ng disenyo ay dapat matugunan ang mas mahigpit na mga kinakailangan.
Upang matuto nang higit pa tungkol sa mga antenna, pakibisita ang:
Oras ng post: Ago-02-2024
