Un nuevo tipo de multiplexor de terahercios ha duplicado la capacidad de datos y mejorado significativamente la comunicación 6G con un ancho de banda sin precedentes y una baja pérdida de datos.
Investigadores han introducido un multiplexor de terahercios de banda superancha que duplica la capacidad de datos y aporta avances revolucionarios para 6G y más allá. (Fuente de la imagen: Getty Images)
La comunicación inalámbrica de próxima generación, representada por la tecnología de terahercios, promete revolucionar la transmisión de datos.
Estos sistemas operan en frecuencias de terahercios, ofreciendo un ancho de banda incomparable para la transmisión y comunicación de datos ultrarrápida. Sin embargo, para aprovechar al máximo este potencial, es necesario superar importantes desafíos técnicos, en particular en la gestión y el uso eficaz del espectro disponible.
Un avance revolucionario ha abordado este desafío: el primer (des)multiplexor de polarización de terahercios integrado de banda ultra ancha realizado en una plataforma de silicio sin sustrato.
Este diseño innovador se centra en la banda J de subterahercios (220-330 GHz) y busca transformar la comunicación para 6G y más allá. El dispositivo duplica eficazmente la capacidad de datos, manteniendo una baja tasa de pérdida de datos, allanando el camino para redes inalámbricas de alta velocidad eficientes y confiables.
El equipo detrás de este hito incluye al profesor Withawat Withayachumnankul de la Facultad de Ingeniería Eléctrica y Mecánica de la Universidad de Adelaida, al Dr. Weijie Gao, ahora investigador postdoctoral en la Universidad de Osaka, y al profesor Masayuki Fujita.
El profesor Withayachumnankul afirmó: «El multiplexor de polarización propuesto permite la transmisión simultánea de múltiples flujos de datos dentro de la misma banda de frecuencia, duplicando así la capacidad de datos». El ancho de banda relativo alcanzado por el dispositivo no tiene precedentes en ningún rango de frecuencia, lo que representa un avance significativo para los multiplexores integrados.
Los multiplexores de polarización son esenciales en las comunicaciones modernas ya que permiten que múltiples señales compartan la misma banda de frecuencia, mejorando significativamente la capacidad del canal.
El nuevo dispositivo logra esto mediante el uso de acopladores direccionales cónicos y un revestimiento anisotrópico efectivo del medio. Estos componentes mejoran la birrefringencia de polarización, lo que resulta en una alta tasa de extinción de polarización (PER) y un amplio ancho de banda, características clave de los sistemas de comunicación de terahercios eficientes.
A diferencia de los diseños tradicionales, que se basan en guías de onda asimétricas complejas y dependientes de la frecuencia, el nuevo multiplexor emplea un revestimiento anisotrópico con una mínima dependencia de la frecuencia. Este enfoque aprovecha al máximo el amplio ancho de banda que ofrecen los acopladores cónicos.
El resultado es un ancho de banda fraccional cercano al 40%, un PER promedio superior a 20 dB y una pérdida de inserción mínima de aproximadamente 1 dB. Estas métricas de rendimiento superan con creces las de los diseños ópticos y de microondas existentes, que suelen presentar un ancho de banda estrecho y altas pérdidas.
El trabajo del equipo de investigación no solo mejora la eficiencia de los sistemas de terahercios, sino que también sienta las bases para una nueva era en la comunicación inalámbrica. El Dr. Gao señaló: «Esta innovación es clave para liberar el potencial de la comunicación de terahercios». Las aplicaciones incluyen la transmisión de video de alta definición, la realidad aumentada y las redes móviles de próxima generación como el 6G.
Las soluciones tradicionales de gestión de la polarización de terahercios, como los transductores de modo ortogonal (OMT) basados en guías de onda metálicas rectangulares, presentan limitaciones significativas. Las guías de onda metálicas experimentan mayores pérdidas óhmicas a frecuencias más altas, y sus procesos de fabricación son complejos debido a los estrictos requisitos geométricos.
Los multiplexores de polarización óptica, incluidos los que utilizan interferómetros Mach-Zehnder o cristales fotónicos, ofrecen mejor integrabilidad y menores pérdidas, pero a menudo requieren compensaciones entre ancho de banda, compacidad y complejidad de fabricación.
Los acopladores direccionales se utilizan ampliamente en sistemas ópticos y requieren una fuerte birrefringencia de polarización para lograr un tamaño compacto y un alto PER. Sin embargo, presentan limitaciones debido a su estrecho ancho de banda y a la sensibilidad a las tolerancias de fabricación.
El nuevo multiplexor combina las ventajas de los acopladores direccionales cónicos y un revestimiento de medio eficaz, superando estas limitaciones. El revestimiento anisotrópico presenta una birrefringencia significativa, lo que garantiza un alto PER en un amplio ancho de banda. Este principio de diseño supone una diferencia con respecto a los métodos tradicionales, ofreciendo una solución escalable y práctica para la integración de terahercios.
La validación experimental del multiplexor confirmó su excepcional rendimiento. El dispositivo opera eficientemente en el rango de 225 a 330 GHz, alcanzando un ancho de banda fraccional del 37,8 % y manteniendo un PER superior a 20 dB. Su tamaño compacto y su compatibilidad con los procesos de fabricación estándar lo hacen ideal para la producción en masa.
El Dr. Gao comentó: «Esta innovación no solo mejora la eficiencia de los sistemas de comunicación de terahercios, sino que también allana el camino para redes inalámbricas de alta velocidad más potentes y confiables».
Las posibles aplicaciones de esta tecnología van más allá de los sistemas de comunicación. Al mejorar la utilización del espectro, el multiplexor puede impulsar avances en campos como el radar, la imagen y el Internet de las Cosas. «Dentro de una década, esperamos que estas tecnologías de terahercios se adopten e integren ampliamente en diversas industrias», afirmó el profesor Withayachumnankul.
El multiplexor también se integra a la perfección con dispositivos de formación de haz desarrollados previamente por el equipo, lo que permite funcionalidades de comunicación avanzadas en una plataforma unificada. Esta compatibilidad resalta la versatilidad y escalabilidad de la eficaz plataforma de guía de onda dieléctrica con revestimiento de medio.
Los resultados de la investigación del equipo se han publicado en la revista Laser & Photonic Reviews, destacando su importancia para el avance de la tecnología fotónica de terahercios. El profesor Fujita comentó: «Al superar barreras técnicas cruciales, se espera que esta innovación estimule el interés y la actividad investigadora en este campo».
Los investigadores anticipan que su trabajo inspirará nuevas aplicaciones y otras mejoras tecnológicas en los próximos años, que en última instancia conducirán a prototipos y productos comerciales.
Este multiplexor representa un avance significativo en el desarrollo del potencial de la comunicación de terahercios. Establece un nuevo estándar para dispositivos integrados de terahercios gracias a sus métricas de rendimiento sin precedentes.
A medida que la demanda de redes de comunicaciones de alta velocidad y alta capacidad continúa creciendo, estas innovaciones desempeñarán un papel crucial en la configuración del futuro de la tecnología inalámbrica.
Hora de publicación: 16 de diciembre de 2024