የገመድ አልባ መሳሪያዎች ተወዳጅነት እየጨመረ በመምጣቱ፣ የውሂብ አገልግሎቶች ወደ አዲስ ፈጣን የእድገት ዘመን ገብተዋል፣ ይህም የውሂብ አገልግሎቶች ፈጣን እድገት በመባልም ይታወቃል። በአሁኑ ጊዜ ብዙ አፕሊኬሽኖች ከኮምፒውተሮች ወደ ገመድ አልባ መሳሪያዎች ቀስ በቀስ እየተሸጋገሩ ነው፣ እነዚህም በእውነተኛ ጊዜ ለመሸከም እና ለመስራት ቀላል የሆኑ ሞባይል ስልኮች ናቸው፣ ነገር ግን ይህ ሁኔታ የውሂብ ትራፊክ በፍጥነት እንዲጨምር እና የመተላለፊያ ሀብቶች እጥረት እንዲፈጠር ምክንያት ሆኗል። በስታቲስቲክስ መሠረት፣ በገበያ ላይ ያለው የውሂብ መጠን በሚቀጥሉት 10 እና 15 ዓመታት ውስጥ Gbps ወይም Tbps እንኳን ሊደርስ ይችላል። በአሁኑ ጊዜ የThz ግንኙነት የGbps የውሂብ መጠን ላይ ደርሷል፣ የTbps የውሂብ መጠን ግን አሁንም በልማት የመጀመሪያ ደረጃዎች ላይ ነው። ተዛማጅ ጽሑፍ በThz ባንድ ላይ በመመስረት በGbps የውሂብ መጠኖች ላይ የቅርብ ጊዜ እድገትን ይዘረዝራል እና Tbps በፖላራይዜሽን መልቲፕሌክሲንግ ማግኘት እንደሚቻል ይተነብያል። ስለዚህ፣ የውሂብ ማስተላለፊያ መጠንን ለመጨመር፣ ሊቻል የሚችል መፍትሄ አዲስ የድግግሞሽ ባንድ ማዘጋጀት ነው፣ እሱም ቴራሄርትዝ ባንድ ሲሆን ይህም በማይክሮዌቭ እና በኢንፍራሬድ ብርሃን መካከል ባለው "ባዶ ቦታ" ውስጥ ነው። እ.ኤ.አ በ2019 በITU የዓለም የሬዲዮ ኮሙኒኬሽን ኮንፈረንስ (WRC-19) ላይ፣ ለቋሚ እና ለመሬት የሞባይል አገልግሎቶች የ275-450GHz የድግግሞሽ ክልል ጥቅም ላይ ውሏል። የቴራሄርትዝ ገመድ አልባ የመገናኛ ስርዓቶች የብዙ ተመራማሪዎችን ትኩረት እንደሳቡ ማየት ይቻላል።
የቴራኸርትዝ ኤሌክትሮማግኔቲክ ሞገዶች በአጠቃላይ 0.1-10THz (1THz=1012Hz) የሞገድ ርዝመት እና 0.03-3 ሚሜ የሆነ የድግግሞሽ ባንድ ተብለው ይገለፃሉ። በIEEE መስፈርት መሠረት የቴራኸርትዝ ሞገዶች 0.3-10THz ተብለው ይገለፃሉ። ምስል 1 የቴራኸርትዝ ድግግሞሽ ባንድ በማይክሮዌቭ እና በኢንፍራሬድ ብርሃን መካከል መሆኑን ያሳያል።
ምስል 1 የTHZ ድግግሞሽ ባንድ ንድፍ ንድፍ።
የቴራኸርትዝ አንቴናዎች ልማት
የቴራሄርትዝ ምርምር የተጀመረው በ19ኛው ክፍለ ዘመን ቢሆንም፣ በወቅቱ እንደ ገለልተኛ መስክ አልተጠናም። በቴራሄርትዝ ጨረር ላይ የተደረገው ጥናት በዋናነት በሩቅ ኢንፍራሬድ ባንድ ላይ ያተኮረ ነበር። ተመራማሪዎች ወደ ቴራሄርትዝ ባንድ የሚሊሜትር ሞገድ ምርምርን ማራመድ እና ልዩ የቴራሄርትዝ ቴክኖሎጂ ምርምር ማካሄድ የጀመሩት በ20ኛው ክፍለ ዘመን አጋማሽ እስከ መጨረሻ ድረስ አልነበረም።
በ1980ዎቹ የቴራሄርትዝ የጨረር ምንጮች ብቅ ማለት የቴራሄርትዝ ሞገዶችን በተግባራዊ ስርዓቶች ውስጥ ተግባራዊ ለማድረግ አስችሏል። ከ21ኛው ክፍለ ዘመን ጀምሮ የገመድ አልባ የመገናኛ ቴክኖሎጂ በፍጥነት አድጓል፣ የሰዎች የመረጃ ፍላጎት እና የመገናኛ መሳሪያዎች መጨመር በመገናኛ መረጃ ስርጭት ፍጥነት ላይ የበለጠ ጥብቅ መስፈርቶችን አቅርበዋል። ስለዚህ፣ የወደፊት የመገናኛ ቴክኖሎጂ ከሚያጋጥሙ ተግዳሮቶች አንዱ በአንድ ቦታ በሰከንድ በከፍተኛ የጊጋባይት የውሂብ መጠን መስራት ነው። በአሁኑ የኢኮኖሚ ልማት ስር፣ የስፔክትረም ሀብቶች እየቀነሱ መጥተዋል። ሆኖም፣ ለግንኙነት አቅም እና ፍጥነት የሰው ልጅ የሚያስፈልጉት መስፈርቶች ማለቂያ የላቸውም። የስፔክትረም መጨናነቅ ችግርን በተመለከተ፣ ብዙ ኩባንያዎች በቦታ ብዜት አማካኝነት የስፔክትረም ቅልጥፍናን እና የስርዓት አቅምን ለማሻሻል ባለብዙ-ግብዓት ባለብዙ-ውጤት (MIMO) ቴክኖሎጂን ይጠቀማሉ። በ5ጂ ኔትወርኮች እድገት፣ የእያንዳንዱ ተጠቃሚ የውሂብ ግንኙነት ፍጥነት ከGbps ይበልጣል፣ እና የመሠረት ጣቢያዎች የውሂብ ትራፊክም በከፍተኛ ሁኔታ ይጨምራል። ለባህላዊ ሚሊሜትር ሞገድ የመገናኛ ስርዓቶች፣ የማይክሮዌቭ አገናኞች እነዚህን ግዙፍ የውሂብ ዥረቶች ማስተናገድ አይችሉም። በተጨማሪም፣ የእይታ መስመር ተጽዕኖ ምክንያት፣ የኢንፍራሬድ ግንኙነት የመተላለፊያ ርቀት አጭር ሲሆን የመገናኛ መሳሪያዎቹ የሚገኙበት ቦታ ቋሚ ነው። ስለዚህ፣ በማይክሮዌቭ እና በኢንፍራሬድ መካከል የሚገኙት የTHZ ሞገዶች የTHZ አገናኞችን በመጠቀም ከፍተኛ ፍጥነት ያላቸውን የመገናኛ ስርዓቶች ለመገንባት እና የውሂብ ማስተላለፊያ መጠኖችን ለመጨመር ሊያገለግሉ ይችላሉ።
የቴራኸርትዝ ሞገዶች ሰፊ የመገናኛ ባንድዊድዝ ሊያቀርቡ ይችላሉ፣ እና የድግግሞሽ ክልሉ ከሞባይል ግንኙነቶች 1000 እጥፍ ያህል ነው። ስለዚህ፣ እጅግ በጣም ከፍተኛ ፍጥነት ያለው ገመድ አልባ የግንኙነት ስርዓቶችን ለመገንባት THZ መጠቀም ከፍተኛ የውሂብ መጠንን ለሚፈታተን ተግዳሮት ተስፋ ሰጪ መፍትሄ ነው፣ ይህም የብዙ የምርምር ቡድኖችን እና ኢንዱስትሪዎችን ትኩረት ስቧል። በሴፕቴምበር 2017፣ የመጀመሪያው የTHZ ገመድ አልባ የግንኙነት ደረጃ IEEE 802.15.3d-2017 ተለቋል፣ ይህም ከ252-325 GHz ዝቅተኛ የTHZ ድግግሞሽ ክልል ውስጥ ነጥብ-ወደ-ነጥብ የውሂብ ልውውጥን ይገልፃል። የአገናኙ ተለዋጭ አካላዊ ንብርብር (PHY) በተለያዩ ባንድዊድዝቶች እስከ 100 Gbps የውሂብ መጠን ሊያገኝ ይችላል።
የመጀመሪያው ስኬታማ የ0.12 THZ የTHZ የግንኙነት ስርዓት የተቋቋመው በ2004 ሲሆን የ0.3 THZ የTHZ የግንኙነት ስርዓት በ2013 ተግባራዊ ሆኗል። ሠንጠረዥ 1 ከ2004 እስከ 2013 በጃፓን የቴራሄርትዝ የግንኙነት ስርዓቶችን የምርምር እድገት ይዘረዝራል።
ሠንጠረዥ 1 ከ2004 እስከ 2013 በጃፓን የቴራሄርትዝ የመገናኛ ስርዓቶችን የምርምር እድገት
በ2004 የተገነባው የመገናኛ ስርዓት የአንቴና መዋቅር በኒፖን ቴሌግራፍ እና በቴሌፎን ኮርፖሬሽን (NTT) በ2005 በዝርዝር ተብራርቷል። የአንቴና ውቅር በሁለት አጋጣሚዎች ተጀመረ፣ በስእል 2 እንደሚታየው።
ምስል 2 የጃፓን የኤንቲቲ 120 GHz ገመድ አልባ የግንኙነት ስርዓት ንድፍ ንድፍ
ስርዓቱ የፎቶኤሌክትሪክ ልወጣን እና አንቴናን ያዋህዳል እና ሁለት የስራ ሁነታዎችን ይቀበላል፡
1. በቅርብ ርቀት ባለው የቤት ውስጥ አካባቢ፣ በቤት ውስጥ ጥቅም ላይ የሚውለው የፕላነር አንቴና ማስተላለፊያ በምስል 2(ሀ) ላይ እንደሚታየው ነጠላ መስመር ተሸካሚ ፎቶዲዮድ (UTC-PD) ቺፕ፣ ፕላነር ማስገቢያ አንቴና እና የሲሊኮን ሌንስን ያካትታል።
2. ለረጅም ርቀት ከቤት ውጭ በሚደረግ አካባቢ፣ ከፍተኛ የማስተላለፊያ መጥፋት እና የመመርመሪያው ዝቅተኛ ስሜታዊነት ተጽእኖን ለማሻሻል፣ የማስተላለፊያ አንቴናው ከፍተኛ ትርፍ ሊኖረው ይገባል። አሁን ያለው ቴራሄርትዝ አንቴና ከ50 dBi በላይ ትርፍ ያለው የጋውሲያን ኦፕቲካል ሌንስ ይጠቀማል። የመኖ ቀንድ እና የዲኤሌክትሪክ ሌንስ ጥምረት በምስል 2(ለ) ላይ ይታያል።
ኤንቲቲ በ2012 የ0.12 THZ የግንኙነት ስርዓት ከመዘርጋት በተጨማሪ የ0.3THz የግንኙነት ስርዓትም አዘጋጅቷል። ቀጣይነት ባለው ማመቻቸት የስርጭት ፍጥነቱ እስከ 100Gbps ሊደርስ ይችላል። ከሠንጠረዥ 1 እንደሚታየው፣ ለቴራሄርትዝ ግንኙነት እድገት ትልቅ አስተዋጽኦ አድርጓል። ሆኖም፣ የአሁኑ የምርምር ስራ ዝቅተኛ የአሠራር ድግግሞሽ፣ ትልቅ መጠን እና ከፍተኛ ወጪን የሚያካትቱ ጉዳቶች አሉት።
በአሁኑ ጊዜ ጥቅም ላይ የዋሉት አብዛኛዎቹ የቴራሄርትዝ አንቴናዎች ከሚሊሜትር ሞገድ አንቴናዎች የተሻሻሉ ሲሆኑ በቴራሄርትዝ አንቴናዎች ውስጥ ብዙም ፈጠራ የለም። ስለዚህ የቴራሄርትዝ የግንኙነት ስርዓቶችን አፈፃፀም ለማሻሻል አንድ አስፈላጊ ተግባር የቴራሄርትዝ አንቴናዎችን ማመቻቸት ነው። ሠንጠረዥ 2 የጀርመን THZ ግንኙነት የምርምር እድገትን ይዘረዝራል። ምስል 3 (ሀ) ፎቶኒክስን እና ኤሌክትሮኒክስን የሚያጣምር ተወካይ የTHZ ገመድ አልባ የግንኙነት ስርዓት ያሳያል። ምስል 3 (ለ) የንፋስ ዋሻ ሙከራ ትዕይንትን ያሳያል። በጀርመን ካለው የአሁኑ የምርምር ሁኔታ አንጻር ሲታይ፣ ምርምር እና ልማት እንደ ዝቅተኛ የአሠራር ድግግሞሽ፣ ከፍተኛ ወጪ እና ዝቅተኛ ቅልጥፍና ያሉ ጉዳቶችም አሉት።
ሠንጠረዥ 2 በጀርመን የTHZ ግንኙነት የምርምር እድገት
ምስል 3 የንፋስ ዋሻ ሙከራ ትዕይንት
የሲኤስአይሮ አይሲቲ ማዕከል በቤት ውስጥ በኤችኤችኤስ ገመድ አልባ የግንኙነት ስርዓቶች ላይ ጥናት ጀምሯል። ማዕከሉ በምስል 4 ላይ እንደሚታየው በዓመቱ እና በመገናኛ ድግግሞሽ መካከል ያለውን ግንኙነት አጥንቷል። ከምስል 4 እንደሚታየው፣ በ2020 በገመድ አልባ ግንኙነቶች ላይ የሚደረግ ጥናት ወደ ኤችኤችኤስ ባንድ ያመራል። የሬዲዮ ስፔክትረምን የሚጠቀመው ከፍተኛው የመገናኛ ድግግሞሽ በየሃያ ዓመቱ አስር ጊዜ ያህል ይጨምራል። ማዕከሉ ለኤችኤችኤስ አንቴናዎች መስፈርቶች እና እንደ ቀንዶች እና ሌንሶች ለኤችኤችኤስ የመገናኛ ስርዓቶች እንደ ቀንዶች እና ሌንሶች ያሉ ባህላዊ አንቴናዎችን በተመለከተ ምክሮችን ሰጥቷል። በስእል 5 ላይ እንደሚታየው፣ ሁለት የቀንድ አንቴናዎች በቅደም ተከተል በ0.84THz እና 1.7THz ይሰራሉ፣ ቀላል መዋቅር እና ጥሩ የጋውሲያን ጨረር አፈፃፀም አላቸው።
ምስል 4 በአመት እና በድግግሞሽ መካከል ያለው ግንኙነት
RM-BDHA818-20A
RM-DCPHA105145-20
ምስል 5 ሁለት አይነት የቀንድ አንቴናዎች
ዩናይትድ ስቴትስ የቴራሄርትዝ ሞገዶችን በልቀት እና ለይቶ ማወቅ ላይ ሰፊ ጥናት አድርጋለች። ታዋቂ የቴራሄርትዝ የምርምር ላቦራቶሪዎች የጄት ፕሮፐልሽን ላቦራቶሪ (JPL)፣ የስታንፎርድ ሊኒያር አክስሌሬተር ሴንተር (SLAC)፣ የአሜሪካ ብሔራዊ ላቦራቶሪ (LLNL)፣ ብሔራዊ የበረራ እና የጠፈር አስተዳደር (NASA)፣ ብሔራዊ የሳይንስ ፋውንዴሽን (NSF)፣ ወዘተ ያካትታሉ። ለቴራሄርትዝ አፕሊኬሽኖች አዲስ የቴራሄርትዝ አንቴናዎች ተቀርፀዋል፣ ለምሳሌ ቦውቲ አንቴናዎች እና የፍሪኩዌንሲ ቢም መሪ አንቴናዎች። በቴራሄርትዝ አንቴናዎች ልማት መሠረት፣ በስእል 6 እንደሚታየው በአሁኑ ጊዜ ለቴራሄርትዝ አንቴናዎች ሦስት መሠረታዊ የዲዛይን ሀሳቦችን ማግኘት እንችላለን።
ምስል 6 ለቴራሄርትዝ አንቴናዎች ሶስት መሰረታዊ የዲዛይን ሀሳቦች
ከላይ የተጠቀሰው ትንተና እንደሚያሳየው ብዙ አገሮች ለቴራሄርትዝ አንቴናዎች ከፍተኛ ትኩረት ቢሰጡም፣ አሁንም በመጀመሪያው የፍተሻ እና የልማት ደረጃ ላይ ይገኛል። በከፍተኛ የስርጭት መጥፋት እና በሞለኪውላር መምጠጥ ምክንያት፣ የTHZ አንቴናዎች ብዙውን ጊዜ በማስተላለፊያ ርቀት እና ሽፋን የተገደቡ ናቸው። አንዳንድ ጥናቶች በTHZ ባንድ ውስጥ ዝቅተኛ የአሠራር ድግግሞሽ ላይ ያተኩራሉ። አሁን ያለው የቴራሄርትዝ አንቴና ጥናት በዋናነት የሚያተኩረው ዳይኤሌክትሪክ ሌንስ አንቴናዎችን ወዘተ በመጠቀም ትርፍን በማሻሻል እና ተገቢ ስልተ ቀመሮችን በመጠቀም የግንኙነት ቅልጥፍናን በማሻሻል ላይ ነው። በተጨማሪም የቴራሄርትዝ አንቴና ማሸጊያዎችን ውጤታማነት እንዴት ማሻሻል እንደሚቻል በጣም አጣዳፊ ጉዳይ ነው።
አጠቃላይ የTHZ አንቴናዎች
ብዙ አይነት የTHZ አንቴናዎች አሉ፤ እነሱም ሾጣጣ ቀዳዳዎች ያሏቸው ዲፖል አንቴናዎች፣ የማዕዘን አንጸባራቂ ድርድሮች፣ የቦውቲ ዲፖሎች፣ ዳይኤሌክትሪክ ሌንስ ፕላነር አንቴናዎች፣ የTHZ ምንጭ የጨረር ምንጮችን ለማመንጨት የፎቶኮንዳክቲቭ አንቴናዎች፣ የቀንድ አንቴናዎች፣ በግራፊን ቁሳቁሶች ላይ የተመሰረቱ የTHZ አንቴናዎች፣ ወዘተ. ናቸው። የTHZ አንቴናዎችን ለመሥራት ጥቅም ላይ በሚውሉት ቁሳቁሶች መሠረት፣ በግምት ወደ ብረት አንቴናዎች (በዋነኝነት የቀንድ አንቴናዎች)፣ ዳይኤሌክትሪክ አንቴናዎች (የሌንስ አንቴናዎች) እና አዲስ የቁሳቁስ አንቴናዎች ሊከፈሉ ይችላሉ። ይህ ክፍል በመጀመሪያ የእነዚህን አንቴናዎች የመጀመሪያ ትንታኔ ይሰጣል፣ ከዚያም በሚቀጥለው ክፍል አምስት የተለመዱ የTHZ አንቴናዎች በዝርዝር ይተዋወቃሉ እና በጥልቀት ይተነተናሉ።
1. የብረት አንቴናዎች
የቀንድ አንቴና በTHZ ባንድ ውስጥ እንዲሰራ የተነደፈ የተለመደ የብረት አንቴና ነው። የክላሲክ ሚሊሜትር የሞገድ ተቀባይ አንቴና ሾጣጣ ቀንድ ነው። የቆርቆሮ እና ባለሁለት ሁነታ አንቴናዎች ብዙ ጥቅሞች አሏቸው፣ እነሱም የሚሽከረከሩ ሲሜትሪክ የጨረር ቅጦች፣ ከ20 እስከ 30 dBi ከፍተኛ ትርፍ እና ዝቅተኛ የመስቀል-ፖላራይዜሽን ደረጃ -30 dB እና ከ97% እስከ 98% የመገጣጠም ውጤታማነትን ያካትታሉ። የሁለቱ ቀንድ አንቴናዎች የሚገኙ የመተላለፊያ ይዘቶች በቅደም ተከተል ከ30%-40% እና 6%-8% ናቸው።
የቴራሄርትዝ ሞገዶች ድግግሞሽ በጣም ከፍተኛ ስለሆነ፣ የቀንድ አንቴናው መጠን በጣም ትንሽ ነው፣ ይህም የቀንድ ሂደቱን በተለይም የአንቴና አደራደሮችን ዲዛይን በማድረግ በጣም አስቸጋሪ ያደርገዋል፣ እና የማቀነባበሪያ ቴክኖሎጂው ውስብስብነት ከመጠን በላይ ወጪ እና የተወሰነ ምርት ያስከትላል። ውስብስብ የሆነውን የቀንድ ዲዛይን የታችኛውን ክፍል በማምረት ችግር ምክንያት፣ ሾጣጣ ወይም ሾጣጣ ቀንድ ያለው ቀላል የቀንድ አንቴና ብዙውን ጊዜ ጥቅም ላይ ይውላል፣ ይህም ወጪውን እና የሂደቱን ውስብስብነት ሊቀንስ ይችላል፣ እና የአንቴናው የጨረር አፈጻጸም በጥሩ ሁኔታ ሊጠበቅ ይችላል።
ሌላኛው የብረት አንቴና ተጓዥ ሞገድ ፒራሚድ አንቴና ሲሆን በ1.2 ማይክሮን ዳይኤሌክትሪክ ፊልም ላይ የተዋሃደ እና በሲሊኮን ዋፈር ላይ በተቀረጸ ቁመታዊ ክፍተት ውስጥ የተንጠለጠለ ተጓዥ ሞገድ አንቴና ያካትታል፣ በስእል 7 ላይ እንደሚታየው። ይህ አንቴና ከሾትኪ ዳዮዶች ጋር ተኳሃኝ የሆነ ክፍት መዋቅር ነው። በአንጻራዊነት ቀላል በሆነው አወቃቀሩ እና ዝቅተኛ የማኑፋክቸሪንግ መስፈርቶች ምክንያት በአጠቃላይ ከ0.6 THZ በላይ በሆኑ የድግግሞሽ ባንዶች ውስጥ ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል። ሆኖም ግን፣ የአንቴናው የጎን ሎብ ደረጃ እና የመስቀል-ፖላራይዜሽን ደረጃ ከፍተኛ ናቸው፣ ምናልባትም በክፍት አወቃቀሩ ምክንያት። ስለዚህ፣ የመገጣጠሚያ ቅልጥፍናው በአንጻራዊነት ዝቅተኛ ነው (ወደ 50%)።
ምስል 7 ተጓዥ ሞገድ ፒራሚዳል አንቴና
2. ዳይኤሌክትሪክ አንቴና
ዳይኤሌክትሪክ አንቴና የዲኤሌክትሪክ ንጣፍ እና የአንቴና ራዲያተር ጥምረት ነው። በተገቢው ዲዛይን፣ ዳይኤሌክትሪክ አንቴና ከዲቴክተሩ ጋር የኢምፔዳንስ ማመሳሰልን ሊያገኝ ይችላል፣ እና ቀላል ሂደት፣ ቀላል ውህደት እና ዝቅተኛ ዋጋ ጥቅሞች አሉት። በቅርብ ዓመታት ውስጥ ተመራማሪዎች ከቴራሄርትዝ ዳይኤሌክትሪክ አንቴናዎች ዝቅተኛ ኢምፔዳንስ ማወቂያዎች ጋር ሊዛመዱ የሚችሉ በርካታ ጠባብ ባንድ እና ብሮድባንድ የጎን እሳት አንቴናዎችን ነድፈዋል፡ የቢራቢሮ አንቴና፣ ድርብ U-ቅርጽ ያለው አንቴና፣ ሎግ-ፔሪዮዲክ አንቴና እና ሎግ-ፔሪዮዲክ ሳይኑሶይድ አንቴና፣ በስእል 8 ላይ እንደሚታየው። በተጨማሪም፣ የበለጠ ውስብስብ የአንቴና ጂኦሜትሪዎች በጄኔቲክ ስልተ ቀመሮች ሊነደፉ ይችላሉ።
ምስል 8 አራት አይነት ፕላነር አንቴናዎች
ይሁን እንጂ፣ ዳይኤሌክትሪክ አንቴና ከዳይኤሌክትሪክ ንጣፍ ጋር ስለሚጣመር፣ ድግግሞሽ ወደ THZ ባንድ ሲሄድ የገጽታ ሞገድ ውጤት ይከሰታል። ይህ ገዳይ ጉዳት አንቴናው በሚሠራበት ጊዜ ብዙ ኃይል እንዲያጣ እና የአንቴናውን የጨረር ውጤታማነት በእጅጉ እንዲቀንስ ያደርጋል። በስእል 9 ላይ እንደሚታየው፣ የአንቴናው የጨረር አንግል ከመቁረጥ አንግል ሲበልጥ፣ ጉልበቱ በዳይኤሌክትሪክ ንጣፍ ውስጥ የተገደበ እና ከንዑስ ወለል ሁነታ ጋር የተጣመረ ነው።
ምስል 9 የአንቴና ወለል ሞገድ ውጤት
የንዑስ ክፍል ውፍረት እየጨመረ ሲሄድ፣ የከፍተኛ ደረጃ ሁነታዎች ቁጥር ይጨምራል፣ እና በአንቴና እና በንዑስ ክፍል መካከል ያለው ትስስር ይጨምራል፣ ይህም የኃይል ብክነትን ያስከትላል። የገጽታ ሞገድ ተጽእኖን ለማዳከም፣ ሶስት የማመቻቸት መርሃግብሮች አሉ፡
1) የኤሌክትሮማግኔቲክ ሞገዶችን የጨረር ቅርጽ ባህሪያት በመጠቀም ትርፍ ለመጨመር አንቴናውን ሌንስ ይጫኑ።
2) ከፍተኛ ደረጃ ያላቸው የኤሌክትሮማግኔቲክ ሞገዶችን ማመንጨትን ለመግታት የንዑስ ክፍሉን ውፍረት ይቀንሱ።
3) የንዑስ ክፍል ዳይኤሌክትሪክ ቁስን በኤሌክትሮማግኔቲክ ባንድ ክፍተት (EBG) ይተኩ። የEBG የቦታ ማጣሪያ ባህሪያት ከፍተኛ ደረጃ ያላቸውን ሁነታዎች ሊያደናቅፉ ይችላሉ።
3. አዲስ የቁሳቁስ አንቴናዎች
ከላይ ከተጠቀሱት ሁለት አንቴናዎች በተጨማሪ፣ ከአዳዲስ ቁሳቁሶች የተሰራ የቴራሄርትዝ አንቴናም አለ። ለምሳሌ፣ በ2006፣ ጂን ሃኦ እና ሌሎችም የካርቦን ናኖቱብ ዳይፖል አንቴና አቅርበዋል። በምስል 10 (a) ላይ እንደሚታየው፣ ዳይፖል ከብረት ቁሳቁሶች ይልቅ ከካርቦን ናኖቱብ የተሰራ ነው። የካርቦን ናኖቱብ ዳይፖል አንቴና የኢንፍራሬድ እና የኦፕቲካል ባህሪያትን በጥንቃቄ አጥንቷል እና እንደ የግቤት ኢምፔዳንስ፣ የአሁን ስርጭት፣ ትርፍ፣ ቅልጥፍና እና የጨረር ንድፍ ያሉ ውስን ርዝመት ያለው የካርቦን ናኖቱብ ዳይፖል አንቴና አጠቃላይ ባህሪያትን ተወያይቷል። ምስል 10 (ለ) በካርቦን ናኖቱብ ዳይፖል አንቴና የግቤት ኢምፔዳንስ እና ድግግሞሽ መካከል ያለውን ግንኙነት ያሳያል። በምስል 10 (ለ) ላይ እንደሚታየው፣ የግቤት ኢምፔዳንስ ምናባዊ ክፍል በከፍተኛ ድግግሞሽ ብዙ ዜሮዎች አሉት። ይህ አንቴናው በተለያዩ ድግግሞሽዎች በርካታ ሬዞናንስዎችን ማሳካት እንደሚችል ያሳያል። በግልጽ ለማየት እንደሚቻለው፣ የካርቦን ናኖቱብ አንቴና በተወሰነ የድግግሞሽ ክልል (ዝቅተኛ የTHZ ድግግሞሽ) ውስጥ ሬዞናንስ ያሳያል፣ ነገር ግን ከዚህ ክልል ውጭ ሙሉ በሙሉ ማሰማት አይችልም።
ምስል 10 (ሀ) የካርቦን ናኖቱብ ዲፖል አንቴና። (ለ) የግቤት ኢምፔዳንስ-ድግግሞሽ ኩርባ
እ.ኤ.አ. በ2012፣ ሳሚር ኤፍ. ማህሙድ እና አይድ አር. አልአጅሚ በሁለት ዳይኤሌክትሪክ ንብርብሮች የተጠቀለሉ የካርቦን ናኖቱቦች ጥቅል የያዘውን በካርቦን ናኖቱቦች ላይ የተመሠረተ አዲስ የቴራሄርትዝ አንቴና መዋቅር አቅርበዋል። ውስጣዊው ዳይኤሌክትሪክ ንብርብር ዳይኤሌክትሪክ ፎም ንብርብር ሲሆን ውጫዊው ዳይኤሌክትሪክ ንብርብር ደግሞ ሜታማቴሪያል ንብርብር ነው። የተወሰነው መዋቅር በስእል 11 ላይ ይታያል። በሙከራ አማካኝነት የአንቴናው የጨረር አፈጻጸም ከነጠላ ግድግዳ ካርቦን ናኖቱቦች ጋር ሲነጻጸር ተሻሽሏል።
ምስል 11 በካርቦን ናኖቱቦች ላይ የተመሠረተ አዲስ የቴራሄርትዝ አንቴና
ከላይ የቀረቡት አዲሱ የቁሳቁስ ቴራሄርትዝ አንቴናዎች በዋናነት ሶስት አቅጣጫዊ ናቸው። የአንቴናውን የመተላለፊያ ይዘት ለማሻሻል እና የተስተካከሉ አንቴናዎችን ለመስራት፣ ፕላናር ግራፊን አንቴናዎች ሰፊ ትኩረት አግኝተዋል። ግራፊን እጅግ በጣም ጥሩ ተለዋዋጭ ቀጣይነት ያለው የቁጥጥር ባህሪያት ያሉት ሲሆን የባይቫል ቮልቴጅን በማስተካከል የገጽታ ፕላዝማ ማመንጨት ይችላል። የገጽታ ፕላዝማ በአዎንታዊ ዳይኤሌክትሪክ ቋሚ ንጣፎች (እንደ ሲ፣ ሲኦ2፣ ወዘተ) እና አሉታዊ ዳይኤሌክትሪክ ቋሚ ንጣፎች (እንደ ውድ ብረቶች፣ ግራፊን፣ ወዘተ) መካከል ባለው ግንኙነት ላይ ይገኛል። እንደ ውድ ብረቶች እና ግራፊን ባሉ ኮንዳክተሮች ውስጥ ብዙ ቁጥር ያላቸው "ነጻ ኤሌክትሮኖች" አሉ። እነዚህ ነፃ ኤሌክትሮኖች ፕላዝማዎችም ይባላሉ። በኮንዳክተር ውስጥ ባለው ውስጣዊ እምቅ መስክ ምክንያት፣ እነዚህ ፕላዝማዎች በተረጋጋ ሁኔታ ውስጥ ናቸው እና በውጭው ዓለም አይረበሹም። የክስተቱ የኤሌክትሮማግኔቲክ ሞገድ ኃይል ከእነዚህ ፕላዝማዎች ጋር ሲጣመር፣ ፕላዝማዎቹ ከተረጋጋ ሁኔታ ይለያሉ እና ይንቀጠቀጣሉ። ከተለወጠ በኋላ፣ የኤሌክትሮማግኔቲክ ሁነታ በበይነገጽ ላይ ተሻጋሪ መግነጢሳዊ ሞገድ ይፈጥራል። በድሩድ ሞዴል የብረት ወለል ፕላዝማ የመበታተን ግንኙነት መግለጫ መሠረት፣ ብረቶች በተፈጥሮ ከኤሌክትሮማግኔቲክ ሞገዶች ጋር በነፃ ቦታ ላይ ተጣምረው ኃይልን መለወጥ አይችሉም። የፕላዝማ ሞገዶችን ለማነቃቃት ሌሎች ቁሳቁሶችን መጠቀም አስፈላጊ ነው። የፕላዝማ ሞገዶች በብረት-ንዑስ ወለል በይነገጽ ትይዩ አቅጣጫ በፍጥነት ይበሰብሳሉ። የብረት መሪው ወደ ላይኛው ቀጥ ባለ አቅጣጫ ሲመራ የቆዳ ውጤት ይከሰታል። በግልጽ ለማየት እንደሚቻለው፣ በአንቴናው ትንሽ መጠን ምክንያት በከፍተኛ ድግግሞሽ ባንድ ውስጥ የቆዳ ውጤት አለ፣ ይህም የአንቴናውን አፈፃፀም በከፍተኛ ሁኔታ እንዲቀንስ እና የቴራሄርትዝ አንቴናዎችን መስፈርቶች ማሟላት አይችልም። የግራፍን ወለል ፕላዝሞን ከፍተኛ የማሰሪያ ኃይል እና ዝቅተኛ ኪሳራ ብቻ ሳይሆን ቀጣይነት ያለው የኤሌክትሪክ ማስተካከያንም ይደግፋል። በተጨማሪም፣ ግራፊን በቴራሄርትዝ ባንድ ውስጥ ውስብስብ የሆነ የኮንክሪትነት ኃይል አለው። ስለዚህ፣ የዘገየ የሞገድ ስርጭት በቴራሄርትዝ ድግግሞሾች ላይ ካለው የፕላዝማ ሁነታ ጋር የተያያዘ ነው። እነዚህ ባህሪያት በቴራሄርትዝ ባንድ ውስጥ የብረት ቁሳቁሶችን ለመተካት የግራፊንን አቅም ሙሉ በሙሉ ያሳያሉ።
የግራፊን ወለል ፕላዝሞኖች የፖላራይዜሽን ባህሪን መሰረት በማድረግ፣ ምስል 12 አዲስ አይነት ስትሪፕ አንቴና ያሳያል፣ እና በግራፊን ውስጥ የፕላዝማ ሞገዶች የስርጭት ባህሪያት የባንድ ቅርፅን ያቀርባል። የሚስተካከል የአንቴና ባንድ ዲዛይን የአዳዲስ ቁሶች ቴራሄርትዝ አንቴናዎች የስርጭት ባህሪያትን ለማጥናት አዲስ መንገድ ይሰጣል።
ምስል 12 አዲስ ስትሪፕ አንቴና
አዲስ የቴክራሄርትዝ አንቴና ክፍሎችን ከመቃኘት በተጨማሪ፣ የግራፊን ናኖፓች ቴራሄርትዝ አንቴናዎች የቴራሄርትዝ ባለብዙ ግብዓት ባለብዙ ውጤት አንቴና የመገናኛ ስርዓቶችን ለመገንባት እንደ ድርድሮች ሊነደፉ ይችላሉ። የአንቴናው መዋቅር በስእል 13 ላይ ይታያል። በግራፊን ናኖፓች አንቴናዎች ልዩ ባህሪያት ላይ በመመስረት፣ የአንቴናው ክፍሎች የማይክሮን-ልኬት ልኬቶች አሏቸው። የኬሚካል ትነት ክምችት በቀጭን የኒኬል ንብርብር ላይ የተለያዩ የግራፊን ምስሎችን በቀጥታ ያዋህዳል እና ወደ ማንኛውም ንጣፍ ያስተላልፋል። ተገቢውን የክፍሎች ብዛት በመምረጥ እና የኤሌክትሮስታቲክ ባየራል ቮልቴጅን በመቀየር የጨረር አቅጣጫው ውጤታማ በሆነ መንገድ ሊለወጥ ይችላል፣ ይህም ስርዓቱ እንደገና ሊዋቀር ይችላል።
ምስል 13 የግራፊን ናኖፓች ቴራሄርትዝ አንቴና አደራደር
የአዳዲስ ቁሳቁሶች ምርምር በአንጻራዊ ሁኔታ አዲስ አቅጣጫ ነው። የቁሳቁሶች ፈጠራ የባህላዊ አንቴናዎችን ገደቦች በማለፍ እንደ እንደገና ሊዋቀሩ የሚችሉ ሜታማቴሪያሎች፣ ባለ ሁለት ገጽታ (2D) ቁሳቁሶች፣ ወዘተ ያሉ የተለያዩ አዳዲስ አንቴናዎችን እንደሚያዳብር ይጠበቃል። ሆኖም ግን፣ ይህ ዓይነቱ አንቴና በዋናነት በአዳዲስ ቁሳቁሶች ፈጠራ እና የሂደት ቴክኖሎጂ እድገት ላይ የተመሰረተ ነው። ያም ሆነ ይህ፣ የቴራሄርትዝ አንቴናዎች ልማት የቴራሄርትዝ አንቴናዎችን ከፍተኛ ትርፍ፣ ዝቅተኛ ዋጋ እና ሰፊ የመተላለፊያ ይዘት መስፈርቶችን ለማሟላት አዳዲስ ቁሳቁሶችን፣ ትክክለኛ የማቀነባበሪያ ቴክኖሎጂን እና አዳዲስ የዲዛይን መዋቅሮችን ይፈልጋል።
የሚከተለው የሶስት አይነት የቴራሄርትዝ አንቴናዎችን መሰረታዊ መርሆዎች ያስተዋውቃል፡- የብረት አንቴናዎች፣ ዳይኤሌክትሪክ አንቴናዎች እና አዳዲስ ቁስ አንቴናዎች፣ እና ልዩነቶቻቸውን፣ ጥቅሞቻቸውን እና ጉዳቶቻቸውን ይተነትናል።
1. የብረት አንቴና፡- ጂኦሜትሪው ቀላል፣ ለማስኬድ ቀላል፣ በአንጻራዊነት ዝቅተኛ ዋጋ ያለው እና ለንጣፍ ቁሶች ዝቅተኛ መስፈርቶች አሉት። ሆኖም የብረት አንቴናዎች የአንቴናውን አቀማመጥ ለማስተካከል ሜካኒካል ዘዴ ይጠቀማሉ፣ ይህም ለስህተት የተጋለጠ ነው። ማስተካከያው ትክክል ካልሆነ የአንቴናው አፈጻጸም በእጅጉ ይቀንሳል። የብረት አንቴናው መጠኑ አነስተኛ ቢሆንም፣ ከፕላነር ሰርኩዊት ጋር መገጣጠም አስቸጋሪ ነው።
2. ዳይኤሌክትሪክ አንቴና፡ ዳይኤሌክትሪክ አንቴና ዝቅተኛ የግቤት ኢምፔዳንስ አለው፣ ከዝቅተኛ ኢምፔዳንስ ማወቂያ ጋር ለማዛመድ ቀላል ነው፣ እና ከፕላነር ሰርኩዊክ ጋር ለመገናኘት በአንፃራዊነት ቀላል ነው። የዳይኤሌክትሪክ አንቴናዎች የጂኦሜትሪክ ቅርጾች የቢራቢሮ ቅርፅ፣ ድርብ U ቅርፅ፣ ባህላዊ ሎጋሪዝሚክ ቅርፅ እና ሎጋሪዝሚክ ወቅታዊ ሳይን ቅርፅ ያካትታሉ። ሆኖም፣ ዳይኤሌክትሪክ አንቴናዎች ገዳይ የሆነ ጉድለት አላቸው፣ ማለትም በወፍራም ንጣፍ ምክንያት የሚፈጠረው የገጽታ ሞገድ ውጤት። መፍትሄው ሌንስ መጫን እና ዳይኤሌክትሪክ ንጣፍን በ EBG መዋቅር መተካት ነው። ሁለቱም መፍትሄዎች ፈጠራ እና የሂደት ቴክኖሎጂ እና ቁሳቁሶች ቀጣይነት ያለው መሻሻል ይፈልጋሉ፣ ነገር ግን እጅግ በጣም ጥሩ አፈፃፀማቸው (እንደ ሁለንተናዊ አቅጣጫዊነት እና የገጽታ ሞገድ መገደብ ያሉ) ለቴራሄርትዝ አንቴናዎች ምርምር አዳዲስ ሀሳቦችን ሊሰጡ ይችላሉ።
3. አዳዲስ የቁሳቁስ አንቴናዎች፡ በአሁኑ ጊዜ ከካርቦን ናኖቱቦች እና ከሜታማቴሪያሎች የተሠሩ አዳዲስ የአንቴና መዋቅሮች የተሠሩ አዳዲስ የዲፖል አንቴናዎች ብቅ ብለዋል። አዳዲስ ቁሳቁሶች አዲስ የአፈጻጸም ግኝቶችን ሊያመጡ ይችላሉ፣ ነገር ግን ዋናው ነገር የቁሳቁስ ሳይንስ ፈጠራ ነው። በአሁኑ ጊዜ፣ በአዳዲስ የቁሳቁስ አንቴናዎች ላይ የተደረገው ጥናት አሁንም በፍለጋ ደረጃ ላይ ነው፣ እና ብዙ ቁልፍ ቴክኖሎጂዎች በቂ የበሰለ አይደሉም።
ለማጠቃለል ያህል፣ የተለያዩ የቴራሄርትዝ አንቴናዎች በዲዛይን መስፈርቶች መሰረት ሊመረጡ ይችላሉ፡
1) ቀላል ዲዛይን እና ዝቅተኛ የማምረቻ ወጪ የሚያስፈልግ ከሆነ የብረት አንቴናዎች ሊመረጡ ይችላሉ።
2) ከፍተኛ ውህደት እና ዝቅተኛ የግቤት መቋቋም የሚያስፈልግ ከሆነ፣ ዳይኤሌክትሪክ አንቴናዎች ሊመረጡ ይችላሉ።
3) በአፈጻጸም ረገድ አዲስ ግኝት የሚያስፈልግ ከሆነ፣ አዳዲስ ቁሶችን የሚያካትቱ አንቴናዎች ሊመረጡ ይችላሉ።
ከላይ የተጠቀሱት ዲዛይኖች በተወሰኑ መስፈርቶች መሰረት ሊስተካከሉ ይችላሉ። ለምሳሌ፣ ተጨማሪ ጥቅሞችን ለማግኘት ሁለት አይነት አንቴናዎች ሊጣመሩ ይችላሉ፣ ነገር ግን የመገጣጠሚያ ዘዴው እና የዲዛይን ቴክኖሎጂው የበለጠ ጥብቅ መስፈርቶችን ማሟላት አለባቸው።
ስለ አንቴናዎች የበለጠ ለማወቅ፣ እባክዎን የሚከተለውን ይጎብኙ፦
የፖስታ ሰዓት፡ ኦገስት-02-2024
