Дослідники з Лабораторії реактивного руху НАСА (JPL), Північно-східного університету та Дослідницької лабораторії ВПС (AFRL) нещодавно розробили систему, яка може забезпечити зв’язок зі швидкістю кілька гігабітів на секунду (Гбіт/с) у діапазоні частот нижче терагерцового діапазону протягом кількох кілометрів. Ця система, представлена в статті в Nature Electronics, використовує конструкції помножувача частоти на кристалі, що об’єднують потужність, на основі діодів Шотткі, напівпровідникових діодів, утворених з’єднанням напівпровідника та металу, розроблених у NASA JPL.
«Частоти вище 100 ГГц традиційно не розглядаються для комунікаційних програм через несприятливі властивості каналів і відсутність потужних пристроїв», — сказав Tech Xplore дослідник AFRL доктор Нгве Тавдар, який проводив дослідження.
«Ми створили тут унікальну команду, де NASA JPL представила унікальний досвід роботи з пристроями, Northeastern — обробку сигналів і зв’язок, а AFRL — ретельне тестування й оцінку у відповідних середовищах. У цій статті ми довели життєздатність цих частот для комунікаційні програми наступного покоління та перенесли комунікаційну технологію терагерцового діапазону від бачення до реальності».
Основною метою нещодавньої роботи д-ра Таудар та її колег було продемонструвати можливість створення каналів зв’язку на частотах вище 100 ГГц для діапазонів понад 1 км на швидкості передачі даних вище 1 Гбіт/с. Запропонована ними система перевершила їхні очікування, забезпечивши зв’язок на відстані понад 2 км і зі швидкістю передачі даних понад 1 Гбіт/с.
«Ключовою новинкою нашої системи є спосіб, у який ми модулюємо сигнал терагерцової несучої інформації з інформацією, яку ми хочемо передати», — сказав д-р Джозеп Жорнет з Північно-східного університету Tech Xplore. «У традиційних системах змішувач (пристрій, який ми використовуємо для додавання інформації до сигналу) присутній на передавачі відразу після помножувачів частоти, які перетворюють низькочастотний сигнал у терагерцовий діапазон, і перед антеною. У нашому випадку, у нас стільки потужності після помножувачів частоти, що мікшер просто вибухнув би».
Щоб подолати проблеми, пов’язані з проблемою, яку вони вирішували, доктор Тодар, доктор Джорнет та їхні колеги випробували два вірогідних рішення. Перший передбачав модуляцію гетеродина в їхній системі з подальшим перетворенням його на терагерцові частоти, тоді як другий передбачав модуляцію, коли сигнали були наполовину, через так званий процес множення частоти.
Обидві ці стратегії дозволили їм додати інформацію та зберегти бажану максимальну вихідну потужність. Їх єдиною додатковою вимогою було проведення додаткової обробки сигналу для попередньої компенсації спотворень, внесених помножувачами частоти.
«Протягом багатьох років вважалося, що терагерцевий зв’язок можливий лише на коротких відстанях зв’язку (щонайбільше десятки метрів), — сказав Tech Xplore доктор Пріяншу Сен з Північно-східного університету.
«Тут ми показуємо, що завдяки інноваційним технологіям, які зараз доступні для нас, інтелектуальному поєднанню різних апаратних блоків і індивідуальній обробці сигналів, ми можемо спілкуватися на терагерцевих частотах протягом декількох кілометрів. Це відкриває двері для терагерцового зв’язку, який потенційно може замінити дорогий зв’язок і іноді технічно складне розгортання оптоволокна, що полегшує доступ до ультраширокосмугового підключення до Інтернету для громад, які сьогодні його не мають».
Багатообіцяючі результати, досягнуті цією командою дослідників, можуть відкрити нові захоплюючі можливості для зв’язку в надзвичайно високих діапазонах частот. У майбутньому ця робота може надихнути на вивчення ще більш складних застосувань, таких як використання терагерцового зв’язку для супутникових і космічних зв’язків.
«Тепер, коли ми показали мистецтво можливого на терагерцових частотах, нашим наступним кроком є розширення наших партнерських відносин на промисловій базі, щоб створити системи зв’язку наступного покоління як для оборонних, так і для комерційних застосувань», — додав д-р Тодар.