Un nuevo tipo de multiplexor de terahercios ha duplicado la capacidad de datos y ha mejorado significativamente la comunicación 6G con un ancho de banda sin precedentes y una baja pérdida de datos.
Los investigadores han introducido un multiplexor de terahercios de banda súper ancha que duplica la capacidad de datos y aporta avances revolucionarios a 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 transmisión y comunicación de datos ultrarrápida. Sin embargo, para aprovechar plenamente este potencial, se deben superar importantes desafíos técnicos, particularmente en la gestión y utilización eficaz del espectro disponible.
Un avance innovador ha abordado este desafío: el primer (de)multiplexor de polarización de terahercios integrado de banda ultraancha realizado en una plataforma de silicio sin sustrato.
Este diseño innovador apunta a la banda J subterahercios (220-330 GHz) y tiene como objetivo transformar la comunicación para 6G y más allá. El dispositivo duplica efectivamente la capacidad de datos mientras mantiene 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 Escuela 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 transmitir múltiples flujos de datos simultáneamente dentro de la misma banda de frecuencia, duplicando efectivamente la capacidad de datos". El ancho de banda relativo logrado por el dispositivo no tiene precedentes en cualquier rango de frecuencia, lo que representa un salto 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, lo que mejora significativamente la capacidad del canal.
El nuevo dispositivo logra esto mediante el uso de acopladores direccionales cónicos y un revestimiento medio anisotrópico efectivo. Estos componentes mejoran la birrefringencia de polarización, lo que da como resultado una alta tasa de extinción de polarización (PER) y un amplio ancho de banda, características clave de los sistemas de comunicación eficientes de terahercios.
A diferencia de los diseños tradicionales que se basan en guías de ondas asimétricas complejas y dependientes de la frecuencia, el nuevo multiplexor emplea un revestimiento anisotrópico con sólo una ligera dependencia de la frecuencia. Este enfoque aprovecha al máximo el amplio ancho de banda proporcionado por 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 a menudo sufren de un ancho de banda estrecho y altas pérdidas.
El trabajo del equipo de investigación no sólo 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 un factor clave para desbloquear el potencial de la comunicación de terahercios". Las aplicaciones incluyen transmisión de video de alta definición, realidad aumentada y redes móviles de próxima generación como 6G.
Las soluciones tradicionales de gestión de la polarización de terahercios, como los transductores de modo ortogonal (OMT) basados en guías de ondas metálicas rectangulares, enfrentan limitaciones significativas. Las guías de ondas 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 una 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, están limitados por un ancho de banda estrecho y una sensibilidad a las tolerancias de fabricación.
El nuevo multiplexor combina las ventajas de los acopladores direccionales cónicos y un revestimiento medio eficaz, superando estas limitaciones. El revestimiento anisotrópico exhibe una birrefringencia significativa, lo que garantiza un alto PER en un amplio ancho de banda. Este principio de diseño marca una desviación de los métodos tradicionales y proporciona una solución práctica y escalable para la integración de terahercios.
La validación experimental del multiplexor confirmó su rendimiento excepcional. El dispositivo funciona de manera eficiente en el rango de 225-330 GHz, logrando un ancho de banda fraccional del 37,8% mientras mantiene un PER por encima de 20 dB. Su tamaño compacto y su compatibilidad con los procesos de fabricación estándar lo hacen adecuado para la producción en masa.
El Dr. Gao comentó: "Esta innovación no sólo 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 se extienden más allá de los sistemas de comunicación. Al mejorar la utilización del espectro, el multiplexor puede impulsar avances en campos como el radar, las imágenes y el Internet de las cosas. "Dentro de una década, esperamos que estas tecnologías de terahercios sean ampliamente adoptadas e integradas en diversas industrias", afirmó el profesor Withayachumnankul.
El multiplexor también se puede integrar perfectamente con dispositivos de formación de haces anteriores desarrollados 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 ondas dieléctrica revestida de medio.
Los hallazgos de la investigación del equipo se publicaron en la revista Laser & Photonic Reviews, enfatizando su importancia en el avance de la tecnología fotónica de terahercios. El profesor Fujita comentó: "Al superar barreras técnicas críticas, 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 nuevas mejoras tecnológicas en los próximos años, lo que en última instancia conducirá a prototipos y productos comerciales.
Este multiplexor representa un importante paso adelante para desbloquear el potencial de la comunicación de terahercios. Establece un nuevo estándar para dispositivos integrados de terahercios con sus métricas de rendimiento sin precedentes.
A medida que la demanda de redes de comunicación de alta velocidad y alta capacidad siga creciendo, estas innovaciones desempeñarán un papel crucial en la configuración del futuro de la tecnología inalámbrica.
Hora de publicación: 16 de diciembre de 2024