ข่าวอุตสาหกรรม: การสื่อสาร 6G บรรลุความก้าวหน้าครั้งใหม่!

ศาสตราจารย์วิทยาชุมนันกุล กล่าวว่า "โพลาไรเซชันมัลติเพล็กเซอร์ที่นำเสนอช่วยให้สตรีมข้อมูลหลายรายการสามารถส่งพร้อมกันภายในย่านความถี่เดียวกัน ช่วยเพิ่มความจุข้อมูลเป็นสองเท่าได้อย่างมีประสิทธิภาพ" แบนด์วิธสัมพัทธ์ที่อุปกรณ์ได้รับนั้นไม่เคยมีมาก่อนในทุกช่วงความถี่ ซึ่งแสดงถึงการก้าวกระโดดครั้งสำคัญสำหรับมัลติเพล็กเซอร์แบบรวม

โพลาไรเซชันมัลติเพล็กเซอร์ถือเป็นสิ่งสำคัญในการสื่อสารสมัยใหม่ เนื่องจากทำให้สัญญาณหลายตัวสามารถแบ่งปันคลื่นความถี่เดียวกันได้ ซึ่งช่วยเพิ่มความจุของช่องสัญญาณได้อย่างมาก

อุปกรณ์ใหม่บรรลุเป้าหมายนี้โดยการใช้ข้อต่อกำหนดทิศทางทรงกรวยและการหุ้มตัวกลางที่มีประสิทธิภาพแบบแอนไอโซทรอปิก ส่วนประกอบเหล่านี้ช่วยเพิ่มการสะท้อนกลับของโพลาไรเซชัน ส่งผลให้อัตราส่วนการสูญเสียโพลาไรเซชัน (PER) สูงและแบนด์วิธกว้าง ซึ่งเป็นคุณลักษณะสำคัญของระบบสื่อสารเทราเฮิร์ตซ์ที่มีประสิทธิภาพ

แตกต่างจากการออกแบบแบบดั้งเดิมที่ต้องอาศัยท่อนำคลื่นแบบอสมมาตรที่ซับซ้อนและขึ้นอยู่กับความถี่ มัลติเพล็กเซอร์ใหม่ใช้การหุ้มแบบแอนไอโซทรอปิกโดยขึ้นอยู่กับความถี่เพียงเล็กน้อยเท่านั้น วิธีการนี้ใช้ประโยชน์จากแบนด์วิธที่เพียงพอจากข้อต่อทรงกรวยอย่างเต็มที่

ผลลัพธ์คือแบนด์วิธแบบเศษส่วนใกล้ถึง 40%, PER เฉลี่ยเกิน 20 dB และการสูญเสียการแทรกขั้นต่ำประมาณ 1 dB ตัวชี้วัดประสิทธิภาพเหล่านี้เหนือกว่าการออกแบบออปติคอลและไมโครเวฟที่มีอยู่ ซึ่งมักจะประสบปัญหาแบนด์วิธแคบและการสูญเสียสูง

งานของทีมวิจัยไม่เพียงแต่เพิ่มประสิทธิภาพของระบบเทราเฮิร์ตซ์เท่านั้น แต่ยังวางรากฐานสำหรับยุคใหม่ในการสื่อสารไร้สายอีกด้วย ดร. เกา กล่าวว่า "นวัตกรรมนี้เป็นตัวขับเคลื่อนสำคัญในการปลดล็อกศักยภาพของการสื่อสารเทราเฮิร์ตซ์" แอปพลิเคชันประกอบด้วยการสตรีมวิดีโอความละเอียดสูง, ความเป็นจริงเสริม และเครือข่ายมือถือยุคถัดไป เช่น 6G

โซลูชันการจัดการโพลาไรเซชันแบบเทราเฮิร์ตซ์แบบดั้งเดิม เช่น ทรานสดิวเซอร์โหมดมุมฉาก (OMT) ที่ใช้ท่อนำคลื่นโลหะสี่เหลี่ยม ต้องเผชิญกับข้อจำกัดที่สำคัญ ท่อนำคลื่นโลหะประสบกับการสูญเสียโอห์มมิกที่เพิ่มขึ้นที่ความถี่ที่สูงขึ้น และกระบวนการผลิตมีความซับซ้อนเนื่องจากข้อกำหนดทางเรขาคณิตที่เข้มงวด

ออปติคอลโพลาไรเซชันมัลติเพล็กเซอร์ รวมถึงที่ใช้อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ Mach-Zehnder หรือคริสตัลโฟโตนิก มีความสามารถในการบูรณาการที่ดีกว่าและการสูญเสียที่น้อยกว่า แต่มักจะต้องมีการแลกเปลี่ยนระหว่างแบนด์วิดท์ ความกะทัดรัด และความซับซ้อนในการผลิต

Directional Coupler ใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบออปติก และจำเป็นต้องมีการรีฟริงก์แบบโพลาไรเซชันที่แข็งแกร่งเพื่อให้ได้ขนาดที่กะทัดรัดและ PER สูง อย่างไรก็ตาม สิ่งเหล่านี้ถูกจำกัดด้วยแบนด์วิธที่แคบและความไวต่อความคลาดเคลื่อนในการผลิต

มัลติเพล็กเซอร์ตัวใหม่ผสมผสานข้อดีของข้อต่อกำหนดทิศทางทรงกรวยและการหุ้มตัวกลางที่มีประสิทธิภาพ เพื่อเอาชนะข้อจำกัดเหล่านี้ การหุ้มแบบแอนไอโซทรอปิกมีการสะท้อนกลับที่มีนัยสำคัญ ทำให้มั่นใจได้ว่า PER สูงตลอดแบนด์วิธที่กว้าง หลักการออกแบบนี้แตกต่างจากวิธีการแบบเดิม โดยเป็นโซลูชันที่สามารถปรับขนาดได้และใช้งานได้จริงสำหรับการบูรณาการเทราเฮิร์ตซ์

การตรวจสอบความถูกต้องเชิงทดลองของมัลติเพล็กเซอร์ยืนยันประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม อุปกรณ์ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพในช่วง 225-330 GHz โดยมีแบนด์วิดท์แบบเศษส่วน 37.8% ในขณะที่ยังคงค่า PER ไว้สูงกว่า 20 dB ขนาดกะทัดรัดและเข้ากันได้กับกระบวนการผลิตมาตรฐาน ทำให้เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก

ดร.เกากล่าวว่า "นวัตกรรมนี้ไม่เพียงแต่เพิ่มประสิทธิภาพของระบบสื่อสารเทราเฮิร์ตซ์เท่านั้น แต่ยังปูทางไปสู่เครือข่ายไร้สายความเร็วสูงที่ทรงพลังและเชื่อถือได้มากขึ้นอีกด้วย"

การใช้งานที่เป็นไปได้ของเทคโนโลยีนี้ขยายไปไกลกว่าระบบการสื่อสาร มัลติเพล็กเซอร์สามารถขับเคลื่อนความก้าวหน้าในด้านต่างๆ เช่น เรดาร์ การสร้างภาพ และ Internet of Things ด้วยการปรับปรุงการใช้คลื่นความถี่ “ภายในหนึ่งทศวรรษ เราคาดหวังว่าเทคโนโลยีเทระเฮิร์ตซ์เหล่านี้จะถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางและบูรณาการในอุตสาหกรรมต่างๆ” ศาสตราจารย์วิทยาชุมนันท์กุลกล่าว

นอกจากนี้ มัลติเพล็กเซอร์ยังสามารถผสานรวมเข้ากับอุปกรณ์บีมฟอร์มมิ่งรุ่นก่อนหน้าที่พัฒนาโดยทีมงานได้อย่างราบรื่น ทำให้เกิดฟังก์ชันการสื่อสารขั้นสูงบนแพลตฟอร์มแบบครบวงจร ความเข้ากันได้นี้เน้นย้ำถึงความอเนกประสงค์และความสามารถในการปรับขนาดของแพลตฟอร์มท่อนำคลื่นไดอิเล็กตริกหุ้มกลางที่มีประสิทธิภาพ

ผลการวิจัยของทีมได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Laser & Photonic Reviews โดยเน้นย้ำถึงความสำคัญในการพัฒนาเทคโนโลยีโฟโตนิกเทอร์เฮิร์ตซ์ที่ก้าวหน้า ศาสตราจารย์ฟูจิตะกล่าวว่า "ด้วยการเอาชนะอุปสรรคทางเทคนิคที่สำคัญ นวัตกรรมนี้คาดว่าจะกระตุ้นความสนใจและกิจกรรมการวิจัยในสาขานี้"

นักวิจัยคาดหวังว่างานของพวกเขาจะสร้างแรงบันดาลใจให้เกิดการใช้งานใหม่ๆ และการปรับปรุงทางเทคโนโลยีเพิ่มเติมในปีต่อๆ ไป ซึ่งท้ายที่สุดจะนำไปสู่ผลิตภัณฑ์ต้นแบบและผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์

มัลติเพล็กเซอร์นี้แสดงถึงก้าวสำคัญในการปลดล็อกศักยภาพของการสื่อสารแบบเทอร์เฮิร์ตซ์ โดยกำหนดมาตรฐานใหม่สำหรับอุปกรณ์เทระเฮิรตซ์ในตัวพร้อมการวัดประสิทธิภาพที่ไม่เคยมีมาก่อน

เนื่องจากความต้องการเครือข่ายการสื่อสารความเร็วสูงและความจุสูงยังคงเติบโต นวัตกรรมดังกล่าวจะมีบทบาทสำคัญในการกำหนดอนาคตของเทคโนโลยีไร้สาย