یک گروه بین‌المللی از پژوهشگران با ابداع یک آنتن جدید سعی دارند راه را برای پشتیبانی از شبکه‌های 6G هموار کنند.

پژوهشگران در سنگاپور، فرانسه و آمریکا یک آنتن جمع‌وجور طراحی کرده‌اند که قادر به مدیریت سیگنال‌های تراهرتز غنی از اطلاعات است.

به نقل از فیز، این گروه پژوهشی به سرپرستی «رنجان سینگ»(Ranjan Singh) از «دانشگاه نوتردام»(University of Notre Dame) می‌گویند که این طرح با اصلاحات بیشتر می‌تواند به پشتیبانی از «شبکه‌های بی‌سیم نسل ششم»(6G) در آینده کمک کند و امکان انتشار داده‌ها را با سرعت بی‌سابقه‌ای فراهم آورد.

انتظار می‌رود در آینده‌ای نه چندان دور، شبکه‌های 6G بتوانند سرعت انتقال داده‌ را در حدود یک ترابیت بر ثانیه فراهم کنند که معادل انتقال تقریباً نیمی از فضای ذخیره‌سازی یک تلفن همراه هوشمند میان‌رده در یک ثانیه است. دستیابی به چنین سرعت‌هایی مستلزم آن است که سیستم‌های بی‌سیم در فرکانس‌های تراهرتز کار کنند؛ یعنی فرکانس‌هایی بسیار بالاتر از فرکانس‌های مورد استفاده در شبکه‌های 5G امروزی. با وجود این، پیش از این که فرکانس‌های تراهرتز بتوانند به طور قابل اطمینان مورد استفاده قرار بگیرند، به پیشرفت‌های بزرگی در آنتن‌های فرستنده و گیرنده این سیگنال‌ها نیاز است.

در نسل‌های پیشین فناوری بی‌سیم، افزایش عملکرد اغلب از ساخت آنتن‌های بزرگ‌تر یا معرفی اجزای مکانیکی پیچیده و فعال هدایت‌شده حاصل می‌شد. اگرچه این روش‌ها مؤثر هستند اما هزینه، پیچیدگی و خطر شکست را افزایش می‌دهند. بدون بازنگری اساسی درباره نحوه مدیریت داده‌ها در فرکانس‌های تراهرتز، این مشکلات می‌توانند استقرار 6G را هم دشوار و هم غیرعملی کنند.

گروه سینگ برای مقابله با این چالش، به حوزه فوتونیک توپولوژیک روی آوردند که ساختارهای مصنوعی عامل حرکت نور در مسیرهای محافظت‌شده را بررسی می‌کنند. پژوهشگران با الگودهی دقیق مواد می‌توانند دستگاه‌های فشرده‌ای بسازند که در آنها امواج الکترومغناطیسی در حال حرکت حتی هنگام عبور از گوشه‌های تیز، در برابر پراکندگی و نقص محافظت می‌شوند. آنها برای مهار این اثرات، یک تراشه سیلیکونی طراحی کردند که با آرایه‌ای از سوراخ‌های مثلثی در دو اندازه متفاوت ۹۹ و ۲۶۴ میکرومتر سوراخ شده بود.

پژوهشگران با چیدن سوراخ‌های کوچک‌تر و بزرگ‌تر در الگوهای خاص توانستند بفهمند که آیا تابش تراهرتز به جریان خود درون تراشه ادامه می‌دهد یا با زاویه‌ای دقیقاً تعریف‌شده به بیرون نشت می‌کند. این نشت کنترل‌شده، مخروطی از سیگنال‌های تراهرتز خروجی حامل اطلاعات را به وجود می‌آورد و ساختار را به یک آنتن تبدیل می‌کند.

با نشت تشعشعات تراهرتز در نقاط گوناگون آنتن، پوشش افقی و عمودی فراهم می‌شود. این آنتن به عنوان یک فرستنده عمل می‌کند و می‌تواند حدود ۷۵ درصد از فضای سه‌بعدی اطراف خود را پوشش دهد که بیش از ۳۰ برابر پوشش بسیاری از آنتن‌های تراهرتز موجود است.

همین ساختار می‌تواند به عنوان گیرنده نیز عمل کند، سیگنال‌های ورودی تراهرتز را در محدوده‌ وسیعی بگیرد و آنها را به تراشه هدایت کند.

آنتن در طول این آزمایش‌ها، نرخ داده‌ را صدها برابر بالاتر از نرخ‌های به‌دست‌آمده توسط سایر دستگاه‌های پیشرفته تراهرتز حفظ کرد.

نکته‌ مهم این است که همه این موارد را می‌توان با استفاده از یک طراحی کاملاً غیرفعال و نسبتاً ساده، با کنترلی که مستقیماً در هندسه‌ تراشه تعبیه شده باشد و به قطعات متحرک بیرونی واگذار نشده باشد، به دست آورد. این امر می‌تواند هزینه‌های عملیاتی و خطر خرابی مکانیکی را به طور چشمگیری کاهش دهد.

گروه سینگ براساس نتایج به‌دست‌آمده اکنون قصد دارند بررسی کنند که چگونه می‌توان هر عنصر یک سیستم ارتباطی تراهرتز شامل انتقال، دریافت و پردازش سیگنال را روی یک تراشه ادغام کرد. در صورت دستیابی به این هدف، این پیشرفت‌ها می‌توانند ما را یک گام به شبکه‌های نسل ششم قابل اعتماد نزدیک‌تر کنند که سیگنال‌های تراهرتز را به همان راحتی مدیریت داده‌های فرکانس پایین‌تر توسط شبکه‌های امروزی تحت مدیریت قرار دهند.

این پژوهش در مجله «Nature Photonics» به چاپ رسید.