З ростам папулярнасці бесправадных прылад паслугі перадачы дадзеных уступілі ў новы перыяд хуткага развіцця, таксама вядомы як выбухны рост паслуг перадачы дадзеных. У цяперашні час вялікая колькасць прыкладанняў паступова пераходзіць з камп'ютараў на бесправадныя прылады, такія як мабільныя тэлефоны, якія лёгка насіць і працаваць у рэжыме рэальнага часу, але гэтая сітуацыя таксама прывяла да хуткага росту трафіку дадзеных і дэфіцыту рэсурсаў прапускной здольнасці . Паводле статыстыкі, хуткасць перадачы дадзеных на рынку можа дасягнуць Гбіт/с ці нават Тбіт/с у бліжэйшыя 10-15 гадоў. У цяперашні час сувязь у ТГц дасягнула хуткасці перадачы дадзеных Гбіт/с, у той час як хуткасць перадачы дадзеных Тбіт/с усё яшчэ знаходзіцца на ранняй стадыі развіцця. У адпаведным артыкуле пералічваюцца апошнія дасягненні ў хуткасцях перадачы дадзеных Гбіт/с на аснове дыяпазону ТГц і прадказваецца, што Тбіт/с можна атрымаць праз палярызацыйнае мультыплексаванне. Такім чынам, каб павялічыць хуткасць перадачы даных, магчымым рашэннем з'яўляецца распрацоўка новага дыяпазону частот, які з'яўляецца тэрагерцавым дыяпазонам, які знаходзіцца ў «пустой зоне» паміж мікрахвалямі і інфрачырвоным святлом. На Сусветнай канферэнцыі радыёсувязі МСЭ (WRC-19) у 2019 годзе дыяпазон частот 275-450 ГГц выкарыстоўваўся для стацыянарных і наземных мабільных службаў. Можна заўважыць, што бесправадныя тэрагерцавыя сістэмы сувязі прыцягнулі ўвагу многіх даследчыкаў.
Тэрагерцавыя электрамагнітныя хвалі звычайна вызначаюцца як дыяпазон частот 0,1-10 ТГц (1 ТГц=1012 Гц) з даўжынёй хвалі 0,03-3 мм. У адпаведнасці са стандартам IEEE тэрагерцавыя хвалі вызначаюцца як 0,3-10 ТГц. На малюнку 1 паказана, што тэрагерцавы дыяпазон частот знаходзіцца паміж мікрахвалямі і інфрачырвоным святлом.
Мал. 1. Прынцыповая дыяграма дыяпазону частот ТГц.
Распрацоўка тэрагерцавых антэн
Нягледзячы на тое, што даследаванні тэрагерцаў пачаліся ў 19 стагоддзі, у той час яны не вывучаліся як самастойная вобласць. Даследаванні тэрагерцавага выпраменьвання ў асноўным былі сканцэнтраваны на далёкім інфрачырвоным дыяпазоне. Толькі ў сярэдзіне-канцы 20-га стагоддзя даследчыкі пачалі прасоўваць даследаванні міліметровых хваль да тэрагерцавага дыяпазону і праводзіць спецыялізаваныя даследаванні тэрагерцавай тэхналогіі.
У 1980-я гады з'яўленне крыніц тэрагерцавага выпраменьвання зрабіла магчымым прымяненне тэрагерцавых хваль у практычных сістэмах. З 21-га стагоддзя тэхналогіі бесправадной сувязі хутка развіваліся, і попыт людзей на інфармацыю і павелічэнне колькасці камунікацыйнага абсталявання вылучылі больш жорсткія патрабаванні да хуткасці перадачы даных сувязі. Такім чынам, адна з праблем будучай камунікацыйнай тэхналогіі - працаваць з высокай хуткасцю перадачы дадзеных гігабіт у секунду ў адным месцы. Ва ўмовах цяперашняга эканамічнага развіцця рэсурсы спектру становяцца ўсё больш дэфіцытнымі. Аднак чалавечыя патрабаванні да здольнасці і хуткасці сувязі бясконцыя. Для праблемы перагрузкі спектру многія кампаніі выкарыстоўваюць тэхналогію MIMO з некалькімі ўваходамі і множнымі выхадамі, каб палепшыць эфектыўнасць выкарыстання спектру і прапускную здольнасць сістэмы за кошт прасторавага мультыплексавання. З развіццём сетак 5G хуткасць злучэння для перадачы дадзеных кожнага карыстальніка будзе перавышаць Гбіт/с, а трафік дадзеных базавых станцый таксама значна ўзрасце. Для традыцыйных сістэм сувязі міліметровых хваль мікрахвалевыя каналы не змогуць апрацоўваць гэтыя велізарныя патокі даных. Акрамя таго, з-за ўплыву прамой бачнасці адлегласць перадачы інфрачырвонай сувязі невялікая, а размяшчэнне яе камунікацыйнага абсталявання фіксавана. Такім чынам, ТГц хвалі, якія знаходзяцца паміж мікрахвалямі і інфрачырвонымі, можна выкарыстоўваць для пабудовы высакахуткасных сістэм сувязі і павелічэння хуткасці перадачы даных з дапамогай ТГц каналаў.
Тэрагерцавыя хвалі могуць забяспечыць больш шырокую прапускную здольнасць сувязі, а іх частотны дыяпазон прыкладна ў 1000 разоў перавышае дыяпазон мабільнай сувязі. Такім чынам, выкарыстанне ТГц для стварэння звышвысокай хуткасці сістэм бесправадной сувязі з'яўляецца перспектыўным рашэннем праблемы высокіх хуткасцей перадачы дадзеных, што прыцягнула цікавасць многіх даследчых груп і галін. У верасні 2017 года быў выпушчаны першы стандарт бесправадной сувязі ТГц IEEE 802.15.3d-2017, які вызначае абмен данымі кропка-кропка ў ніжнім дыяпазоне частот ТГц 252-325 ГГц. Альтэрнатыўны фізічны ўзровень (PHY) спасылкі можа дасягаць хуткасці перадачы дадзеных да 100 Гбіт/с пры рознай прапускной здольнасці.
Першая паспяховая сістэма сувязі 0,12 ТГц была створана ў 2004 годзе, а сістэма сувязі 0,3 ТГц была рэалізавана ў 2013 годзе. У табліцы 1 пералічаны прагрэс даследаванняў тэрагерцавых сістэм сувязі ў Японіі з 2004 па 2013 год.
Табліца 1. Прагрэс даследаванняў тэрагерцавых сістэм сувязі ў Японіі з 2004 па 2013 гг
Структура антэны сістэмы сувязі, распрацаванай у 2004 годзе, была падрабязна апісана Nippon Telegraph and Telephone Corporation (NTT) у 2005 годзе. Канфігурацыя антэны была ўведзена ў двух выпадках, як паказана на малюнку 2.
Малюнак 2. Прынцыповая дыяграма японскай сістэмы бесправадной сувязі NTT 120 ГГц
Сістэма аб'ядноўвае фотаэлектрычнае пераўтварэнне і антэну і прымае два працоўныя рэжымы:
1. У памяшканні на блізкай адлегласці перадатчык з плоскай антэнай, які выкарыстоўваецца ў памяшканні, складаецца з мікрасхемы фотадыёда з адной лініяй носьбіта (UTC-PD), плоскай шчыліннай антэны і крамянёвай лінзы, як паказана на малюнку 2(a).
2. У адкрытым асяроддзі на вялікай адлегласці, каб палепшыць уплыў вялікіх страт перадачы і нізкай адчувальнасці дэтэктара, антэна перадатчыка павінна мець высокі каэфіцыент узмацнення. У існуючай тэрагерцавай антэне выкарыстоўваецца аптычная лінза Гаўса з узмацненнем больш за 50 дБі. Камбінацыя рупорнай трубкі і дыэлектрычнай лінзы паказана на малюнку 2(b).
У дадатак да распрацоўкі сістэмы сувязі 0,12 ТГц NTT таксама распрацавала сістэму сувязі 0,3 ТГц у 2012 годзе. Дзякуючы пастаяннай аптымізацыі хуткасць перадачы можа дасягаць 100 Гбіт/с. Як відаць з табліцы 1, яна ўнесла вялікі ўклад у развіццё терагерцовой сувязі. Тым не менш, цяперашняя даследчая праца мае недахопы нізкай працоўнай частаты, вялікіх памераў і высокага кошту.
Большасць тэрагерцавых антэн, якія выкарыстоўваюцца ў цяперашні час, мадыфікаваны з антэн міліметровага дыяпазону, і ў тэрагерцавых антэнах мала інавацый. Такім чынам, для павышэння прадукцыйнасці терагерцовых сістэм сувязі важнай задачай з'яўляецца аптымізацыя терагерцовых антэн. У табліцы 2 пералічаны прагрэс даследаванняў нямецкай ТГц сувязі. Малюнак 3 (а) паказвае рэпрэзентатыўную сістэму бесправадной сувязі ТГц, якая спалучае фатоніку і электроніку. Малюнак 3 (b) паказвае сцэну выпрабаванняў у аэрадынамічнай трубе. Мяркуючы па бягучай сітуацыі ў галіне даследаванняў у Германіі, яе даследаванні і распрацоўкі таксама маюць недахопы, такія як нізкая рабочая частата, высокі кошт і нізкая эфектыўнасць.
Табліца 2 Прагрэс даследаванняў ТГц сувязі ў Германіі
Малюнак 3 Сцэна выпрабаванняў у аэрадынамічнай трубе
Цэнтр ІКТ CSIRO таксама ініцыяваў даследаванні сістэм бесправадной сувязі ў ТГц для памяшканняў. Цэнтр вывучаў залежнасць паміж годам і частатой сувязі, як паказана на малюнку 4. Як відаць з малюнка 4, да 2020 г. даследаванні бесправадной сувязі імкнуцца да дыяпазону ТГц. Максімальная частата сувязі з выкарыстаннем радыёспектру павялічваецца прыкладна ў дзесяць разоў кожныя дваццаць гадоў. Цэнтр даў рэкамендацыі па патрабаванням да ТГц антэн і прапанаваў традыцыйныя антэны, такія як рупоры і лінзы для сістэм сувязі ТГц. Як паказана на малюнку 5, дзве рупорныя антэны працуюць на частатах 0,84 ТГц і 1,7 ТГц адпаведна, з простай структурай і добрымі характарыстыкамі прамяня Гаўса.
Малюнак 4 Суадносіны паміж годам і перыядычнасцю
RM-BDHA818-20A
RM-DCPHA105145-20
Малюнак 5 Два тыпу рупорных антэн
У Злучаных Штатах праведзены шырокія даследаванні выпраменьвання і выяўлення хваль тэрагерцавага дыяпазону. Вядомыя тэрагерцавыя даследчыя лабараторыі ўключаюць Лабараторыю рэактыўнага руху (JPL), Стэнфардскі цэнтр лінейных паскаральнікаў (SLAC), Нацыянальную лабараторыю ЗША (LLNL), Нацыянальнае ўпраўленне па аэранаўтыцы і даследаванню касмічнай прасторы (NASA), Нацыянальны навуковы фонд (NSF) і інш. Былі распрацаваны новыя тэрагерцавыя антэны для прымянення тэрагерцавага дыяпазону, такія як антэны-матылькі і антэны, якія кіруюць прамянём частаты. Згодна з распрацоўкай тэрагерцавых антэн, мы можам атрымаць тры асноўныя канструктыўныя ідэі для тэрагерцавых антэн у цяперашні час, як паказана на малюнку 6.
Малюнак 6. Тры асноўныя канструктыўныя ідэі для тэрагерцавых антэн
Прыведзены вышэй аналіз паказвае, што, хоць многія краіны надавалі вялікую ўвагу тэрагерцавым антэнам, яны ўсё яшчэ знаходзяцца на пачатковай стадыі вывучэння і распрацоўкі. З-за вялікіх страт пры распаўсюджванні і малекулярнага паглынання ТГц антэны звычайна абмежаваныя адлегласцю перадачы і ахопам. Некаторыя даследаванні сканцэнтраваны на больш нізкіх працоўных частотах у дыяпазоне ТГц. Існуючыя даследаванні тэрагерцавых антэн галоўным чынам сканцэнтраваны на паляпшэнні ўзмацнення за кошт выкарыстання дыэлектрычных лінзавых антэн і г.д., а таксама павышэнні эфектыўнасці сувязі за кошт выкарыстання адпаведных алгарытмаў. Акрамя таго, як павысіць эфектыўнасць упакоўкі тэрагерцавых антэн, таксама з'яўляецца вельмі актуальным пытаннем.
Агульныя ТГц антэны
Даступна мноства тыпаў ТГц антэн: дыпольныя антэны з канічнымі паражнінамі, вуглавыя адбівальнікі, дыполі з дыэлектрычнымі лінзамі, фотаправодныя антэны для генерацыі ТГц крыніц выпраменьвання, рупорныя антэны, ТГц антэны на аснове графенавых матэрыялаў і інш. Матэрыялы, якія выкарыстоўваюцца для вырабу ТГц антэн, іх можна ўмоўна падзяліць на металічныя антэны (у асноўным рупорныя антэны), дыэлектрычныя антэны (лінзавыя антэны) і антэны з новых матэрыялаў. У гэтым раздзеле спачатку даецца папярэдні аналіз гэтых антэн, а затым у наступным раздзеле падрабязна апісваюцца і аналізуюцца пяць тыповых ТГц антэн.
1. Металічныя антэны
Рупорная антэна - гэта тыповая металічная антэна, якая прызначана для працы ў дыяпазоне ТГц. Антэна класічнага прымача міліметровага дыяпазону ўяўляе сабой канічны рупор. Гафрыраваныя і двухмодавыя антэны маюць шмат пераваг, у тым ліку вярчальна-сіметрычныя дыяграмы выпраменьвання, высокі каэфіцыент узмацнення ад 20 да 30 дБі і нізкі ўзровень крос-палярызацыі -30 дБ, а таксама эфектыўнасць сувязі ад 97% да 98%. Даступная паласа прапускання дзвюх рупорных антэн складае 30%-40% і 6%-8% адпаведна.
Паколькі частата терагерцавых хваль вельмі высокая, памер рупорнай антэны вельмі малы, што вельмі ўскладняе апрацоўку рупора, асабліва пры распрацоўцы антэнных рашотак, а складанасць тэхналогіі апрацоўкі прыводзіць да празмерных выдаткаў і абмежаваная вытворчасць. З-за складанасці ў вырабе ніжняй часткі складанай канструкцыі рупора звычайна выкарыстоўваецца простая рупорная антэна ў выглядзе канічнага або канічнага рупора, што можа знізіць кошт і складанасць працэсу, а таксама захаваць характарыстыкі выпраменьвання антэны добра.
Іншая металічная антэна - гэта пірамідальная антэна бягучай хвалі, якая складаецца з антэны бягучай хвалі, убудаванай у дыэлектрычную плёнку таўшчынёй 1,2 мікрона і падвешанай у падоўжнай паражніны, выгравіраванай на крамянёвай пласціне, як паказана на малюнку 7. Гэтая антэна ўяўляе сабой адкрытую структуру, якая сумяшчальны з дыёдамі Шоткі. З-за адносна простай канструкцыі і нізкіх вытворчых патрабаванняў ён звычайна можа выкарыстоўвацца ў дыяпазонах частот вышэй за 0,6 ТГц. Аднак узровень бакавых пялёсткаў і ўзровень перакрыжаванай палярызацыі антэны высокія, верагодна, з-за яе адкрытай структуры. Такім чынам, яго эфектыўнасць сувязі адносна нізкая (каля 50%).
Малюнак 7. Пірамідальная антэна бягучай хвалі
2. Дыэлектрычная антэна
Дыэлектрычная антэна ўяўляе сабой камбінацыю дыэлектрычнай падкладкі і антэннага выпраменьвальніка. Дзякуючы належнай канструкцыі дыэлектрычная антэна можа дасягнуць супастаўлення імпедансу з дэтэктарам і мае такія перавагі, як просты працэс, лёгкая інтэграцыя і нізкі кошт. У апошнія гады даследчыкі спраектавалі некалькі вузкапалосных і шырокапалосных бакавых антэн, якія могуць адпавядаць дэтэктарам з нізкім імпедансам тэрагерцавых дыэлектрычных антэн: антэна-матылёк, двайная U-вобразная антэна, лагаперыядычная антэна і лагаперыядычная сінусоідная антэна, як паказана на малюнку 8. Акрамя таго, больш складаныя геаметрыі антэн можна распрацаваць з дапамогай генетычных алгарытмаў.
Малюнак 8 Чатыры тыпу плоскіх антэн
Аднак, паколькі дыэлектрычная антэна спалучаецца з дыэлектрычнай падкладкай, эфект павярхоўнай хвалі будзе адбывацца, калі частата імкнецца да дыяпазону ТГц. Гэты фатальны недахоп прывядзе да таго, што антэна страціць шмат энергіі падчас працы і прывядзе да значнага зніжэння эфектыўнасці выпраменьвання антэны. Як паказана на малюнку 9, калі вугал выпраменьвання антэны большы за вугал адсечкі, яе энергія затрымліваецца ў дыэлектрычнай падкладцы і спалучаецца з модай падкладкі.
Малюнак 9 Эфект павярхоўнай хвалі антэны
Па меры павелічэння таўшчыні падкладкі павялічваецца колькасць мод высокага парадку, і сувязь паміж антэнай і падкладкай павялічваецца, што прыводзіць да страты энергіі. Для паслаблення эфекту павярхоўнай хвалі існуюць тры схемы аптымізацыі:
1) Усталюйце лінзу на антэну, каб павялічыць каэфіцыент узмацнення, выкарыстоўваючы характарыстыкі фарміравання прамяня электрамагнітных хваль.
2) Паменшыць таўшчыню падкладкі для падаўлення генерацыі мод высокага парадку электрамагнітных хваль.
3) Замяніце дыэлектрычны матэрыял падкладкі на электрамагнітны забаронены дыяпазон (EBG). Характарыстыкі прасторавай фільтрацыі EBG могуць душыць рэжымы высокага парадку.
3. Антэны з новага матэрыялу
Акрамя двух вышэйпералічаных антэн, існуе яшчэ тэрагерцавая антэна з новых матэрыялаў. Напрыклад, у 2006 годзе Jin Hao et al. прапанаваў дыпольную антэну з вугляродных нанатрубак. Як паказана на малюнку 10 (а), дыполь зроблены з вугляродных нанатрубак замест металічных матэрыялаў. Ён старанна вывучыў інфрачырвоныя і аптычныя ўласцівасці дыпольнай антэны з вугляроднай нанатрубкі і абмеркаваў агульныя характарыстыкі дыпольнай антэны з вугляроднай нанатрубкі канчатковай даўжыні, такія як уваходны супраціў, размеркаванне току, узмацненне, эфектыўнасць і дыяграму дыяграмы. На малюнку 10 (b) паказана ўзаемасувязь паміж уваходным супрацівам і частатой дыпольнай антэны з вугляроднай нанатрубкі. Як відаць на малюнку 10(b), уяўная частка ўваходнага імпедансу мае некалькі нулёў на больш высокіх частотах. Гэта паказвае на тое, што антэна можа дасягнуць некалькіх рэзанансаў на розных частотах. Відавочна, што антэна з вугляродных нанатрубак дэманструе рэзананс у пэўным дыяпазоне частот (больш нізкія частоты ТГц), але зусім не ў стане рэзанаваць за межамі гэтага дыяпазону.
Малюнак 10 (а) Дыпольная антэна з вугляродных нанатрубак. (Б) Крывая уваходнага імпедансу-частаты
У 2012 годзе Самір Ф. Махмуд і Айед Р. Аль-Аджмі прапанавалі новую структуру тэрагерцавай антэны на аснове вугляродных нанатрубак, якая складаецца з пучка вугляродных нанатрубак, загорнутых у два дыэлектрычныя пласты. Унутраны дыэлектрычны пласт - гэта дыэлектрычны пенапласт, а знешні дыэлектрычны пласт - метаматэрыял. Канкрэтная структура паказана на малюнку 11. У выніку выпрабаванняў радыяцыйныя характарыстыкі антэны былі палепшаны ў параўнанні з аднасценнымі вугляроднымі нанатрубкамі.
Малюнак 11 Новая тэрагерцавая антэна на аснове вугляродных нанатрубак
Тэрагерцавыя антэны з новага матэрыялу, прапанаваныя вышэй, у асноўным трохмерныя. Каб павялічыць прапускную здольнасць антэны і зрабіць канформныя антэны, плоскія графенавыя антэны атрымалі шырокую ўвагу. Графен мае выдатныя характарыстыкі дынамічнага бесперапыннага кіравання і можа ствараць павярхоўную плазму шляхам рэгулявання напружання зрушэння. Павярхоўная плазма існуе на мяжы паміж падкладкамі з станоўчай дыэлектрычнай пастаяннай (напрыклад, Si, SiO2 і інш.) і субстратамі з адмоўнай дыэлектрычнай пастаяннай (напрыклад, каштоўнымі металамі, графенам і інш.). У такіх правадніках, як каштоўныя металы і графен, ёсць вялікая колькасць «свабодных электронаў». Гэтыя свабодныя электроны таксама называюць плазмай. З-за ўнутранага патэнцыяльнага поля ў правадніку гэтая плазма знаходзіцца ў стабільным стане і не парушаецца знешнім светам. Калі энергія падаючай электрамагнітнай хвалі спалучаецца з гэтай плазмай, плазма будзе адхіляцца ад стацыянарнага стану і вібраваць. Пасля пераўтварэння электрамагнітная мода ўтварае папярочную магнітную хвалю на мяжы падзелу. Згодна з апісаннем дысперсійнай залежнасці плазмы металічнай паверхні з дапамогай мадэлі Друдэ, металы не могуць натуральным чынам спалучацца з электрамагнітнымі хвалямі ў вольнай прасторы і пераўтвараць энергію. Для ўзбуджэння паверхневых плазменных хваль неабходна выкарыстоўваць іншыя матэрыялы. Павярхоўныя плазменныя хвалі хутка згасаюць у паралельным кірунку мяжы метал-падкладка. Калі металічны правадыр праводзіць у кірунку, перпендыкулярным паверхні, узнікае скін-эфект. Відавочна, што з-за малога памеру антэны ў дыяпазоне высокіх частот існуе скін-эфект, які прыводзіць да рэзкага падзення прадукцыйнасці антэны і не можа адпавядаць патрабаванням тэрагерцавых антэн. Павярхоўны плазмон графена не толькі мае больш высокую сілу звязвання і меншыя страты, але таксама падтрымлівае бесперапынную электрычную настройку. Акрамя таго, графен валодае складанай праводнасцю ў тэрагерцавым дыяпазоне. Такім чынам, павольнае распаўсюджванне хвалі звязана з плазменным рэжымам на тэрагерцавых частотах. Гэтыя характарыстыкі цалкам дэманструюць мэтазгоднасць графена замяніць металічныя матэрыялы ў тэрагерцавым дыяпазоне.
На аснове палярызацыйных паводзін графенавых паверхневых плазмонаў малюнак 12 паказвае новы тып палоскавай антэны і прапануе форму паласы характарыстык распаўсюджвання плазменных хваль у графене. Канструкцыя перабудоўваемага дыяпазону антэн забяспечвае новы спосаб вывучэння характарыстык распаўсюджвання тэрагерцавых антэн з новага матэрыялу.
Малюнак 12 Новая істужачная антэна
У дадатак да вывучэння элементаў тэрагерцавай антэны з новага матэрыялу, графенавыя тэрагерцавыя антэны з нанапатчамі таксама могуць быць распрацаваны ў выглядзе масіваў для стварэння тэрагерцавых антэнных сістэм сувязі з некалькімі ўваходамі і выхадамі. Структура антэны паказана на малюнку 13. Зыходзячы з унікальных уласцівасцей графенавых антэн з нанапатчом, элементы антэны маюць памеры ў мікронным маштабе. Хімічнае асаджэнне з паравай фазы непасрэдна сінтэзуе розныя выявы графена на тонкім пласце нікеля і пераносіць іх на любую падкладку. Выбраўшы адпаведную колькасць кампанентаў і змяніўшы напружанне электрастатычнага зрушэння, можна эфектыўна змяніць кірунак выпраменьвання, што робіць сістэму магчымай для пераналадкі.
Малюнак 13 Тэрагерцавая антэнная рашотка графенавага нанапатча
Даследаванне новых матэрыялаў - адносна новы кірунак. Чакаецца, што інавацыі ў галіне матэрыялаў дазволяць пераадолець абмежаванні традыцыйных антэн і распрацаваць мноства новых антэн, такіх як рэканфігураваныя метаматэрыялы, двухмерныя (2D) матэрыялы і г. д. Аднак гэты тып антэн у асноўным залежыць ад інавацый новых матэрыялаў і прагрэс тэхналогіі працэсу. У любым выпадку распрацоўка тэрагерцавых антэн патрабуе інавацыйных матэрыялаў, дакладнай тэхналогіі апрацоўкі і новых канструктыўных структур, каб задаволіць патрабаванні тэрагерцавых антэн да высокага каэфіцыента ўзмацнення, нізкай кошту і шырокай прапускной здольнасці.
Далей прадстаўлены асноўныя прынцыпы трох тыпаў тэрагерцавых антэн: металічныя антэны, дыэлектрычныя антэны і антэны з новых матэрыялаў, а таксама аналізуюцца іх адрозненні, перавагі і недахопы.
1. Металічная антэна: геаметрыя простая, лёгкая ў апрацоўцы, адносна нізкі кошт і нізкія патрабаванні да матэрыялаў падкладкі. Аднак у металічных антэнах выкарыстоўваецца механічны метад рэгулявання становішча антэны, які схільны да памылак. Калі рэгуляванне выканана няправільна, прадукцыйнасць антэны будзе значна зніжана. Нягледзячы на тое, што металічная антэна мае невялікія памеры, яе складана сабраць з плоскай схемай.
2. Дыэлектрычная антэна: Дыэлектрычная антэна мае нізкі ўваходны супраціў, лёгка спалучаецца з дэтэктарам з нізкім супраціўленнем і адносна проста падключаецца да плоскай схемы. Геаметрычныя формы дыэлектрычных антэн ўключаюць форму матылька, двайную форму U, звычайную лагарыфмічную форму і лагарыфмічную перыядычную форму сінуса. Аднак дыэлектрычныя антэны таксама маюць фатальны недахоп, а менавіта эфект павярхоўнай хвалі, выкліканы тоўстай падкладкай. Рашэнне заключаецца ў загрузцы лінзы і замене дыэлектрычнай падкладкі структурай EBG. Абодва рашэнні патрабуюць інавацый і пастаяннага ўдасканалення тэхналагічных працэсаў і матэрыялаў, але іх выдатныя характарыстыкі (напрыклад, усенакіраванасць і падаўленне паверхневых хваль) могуць даць новыя ідэі для даследаванняў тэрагерцавых антэн.
3. Антэны з новых матэрыялаў: у цяперашні час з'явіліся новыя дыпольныя антэны з вугляродных нанатрубак і новыя структуры антэн з метаматэрыялаў. Новыя матэрыялы могуць прынесці новыя прарывы ў прадукцыйнасці, але перадумовай з'яўляюцца інавацыі матэрыялазнаўства. У цяперашні час даследаванні антэн з новых матэрыялаў усё яшчэ знаходзяцца на стадыі даследвання, і многія ключавыя тэхналогіі яшчэ недастаткова развітыя.
Такім чынам, розныя тыпы тэрагерцавых антэн могуць быць выбраны ў адпаведнасці з патрабаваннямі да канструкцыі:
1) Калі патрабуецца простая канструкцыя і нізкі кошт вытворчасці, можна выбраць металічныя антэны.
2) Калі патрабуецца высокая інтэграцыя і нізкі ўваходны супраціў, можна выбраць дыэлектрычныя антэны.
3) Калі патрабуецца прарыў у прадукцыйнасці, можна выбраць антэны з новага матэрыялу.
Вышэйпаказаныя канструкцыі таксама можна наладзіць у адпаведнасці з канкрэтнымі патрабаваннямі. Напрыклад, можна аб'яднаць два тыпу антэн, каб атрымаць больш пераваг, але спосаб зборкі і тэхналогія канструкцыі павінны адпавядаць больш жорсткім патрабаванням.
Каб даведацца больш пра антэны, наведайце:
Час публікацыі: 2 жніўня 2024 г
