Mat der wuessender Popularitéit vu drahtlose Geräter sinn d'Datenservicer an eng nei Period vun rapider Entwécklung agaangen, och bekannt als den explosive Wuesstem vun den Datenservicer. Am Moment migréiert eng grouss Zuel vun Applikatiounen no an no vu Computeren op drahtlos Geräter wéi Handyen, déi einfach ze droen an a Echtzäit ze bedreiwen sinn, awer dës Situatioun huet och zu enger rapider Erhéijung vum Datenverkéier an engem Mangel u Bandbreetressourcen gefouert. Laut Statistiken kéint d'Datenrate um Maart an den nächsten 10 bis 15 Joer Gbps oder souguer Tbps erreechen. Am Moment huet d'THz-Kommunikatioun eng Gbps-Datenrate erreecht, während d'Tbps-Datenrate nach an de fréie Stadien vun der Entwécklung ass. E verwandte Pabeier lëscht déi lescht Fortschrëtter bei Gbps-Datenraten op Basis vun der THz-Band op a predizéiert datt Tbps duerch Polarisatiounsmultiplexing erreecht ka ginn. Dofir ass eng machbar Léisung, fir d'Dateniwwerdroungsrate ze erhéijen, eng nei Frequenzband z'entwéckelen, nämlech d'Terahertz-Band, déi sech am "blanke Beräich" tëscht Mikrowellen an Infraroutliicht befënnt. Op der ITU Weltradiokommunikatiounskonferenz (WRC-19) am Joer 2019 gouf de Frequenzberäich vun 275-450 GHz fir fest an landmobil Servicer benotzt. Et ass ze gesinn, datt drahtlos Terahertz-Kommunikatiounssystemer d'Opmierksamkeet vu ville Fuerscher op sech gezunn hunn.
Terahertz-elektromagnetesch Wellen ginn allgemeng als de Frequenzband vun 0,1-10 THz (1 THz = 1012 Hz) mat enger Wellelängt vun 0,03-3 mm definéiert. Geméiss dem IEEE-Standard ginn Terahertz-Wellen als 0,3-10 THz definéiert. Figur 1 weist, datt den Terahertz-Frequenzband tëscht Mikrowellen an Infraroutliicht läit.
Fig. 1 Schematescht Diagramm vum THz-Frequenzband.
Entwécklung vun Terahertz-Antennen
Obwuel d'Terahertz-Fuerschung am 19. Joerhonnert ugefaangen huet, gouf se deemools net als eegestännegt Gebitt studéiert. D'Fuerschung iwwer Terahertz-Stralung huet sech haaptsächlech op d'Ferninfraroutband konzentréiert. Eréischt Mëtt bis Enn vum 20. Joerhonnert hunn d'Fuerscher ugefaangen, d'Millimeterwellenfuerschung op d'Terahertz-Band weiderzeféieren a spezialiséiert Terahertz-Technologiefuerschung duerchzeféieren.
An den 1980er Joren huet d'Entstoe vun Terahertz-Stralungsquellen d'Uwendung vun Terahertz-Wellen a praktesche Systemer erméiglecht. Zënter dem 21. Joerhonnert huet sech d'drahtlos Kommunikatiounstechnologie séier entwéckelt, an d'Nofro vun de Leit no Informatioun an den Opschwong vun der Kommunikatiounsausrüstung hunn ëmmer méi streng Ufuerderungen un d'Iwwerdroungsquote vu Kommunikatiounsdaten gestallt. Dofir ass eng vun den Erausfuerderunge vun der zukünfteger Kommunikatiounstechnologie, mat enger héijer Datenquote vu Gigabit pro Sekonn op enger Plaz ze schaffen. Ënnert der aktueller wirtschaftlecher Entwécklung sinn d'Spektrumressourcen ëmmer méi knapp ginn. Wéi och ëmmer, d'mënschlech Ufuerderungen u Kommunikatiounskapazitéit a Geschwindegkeet sinn onendlech. Fir de Problem vun der Spektrumstauung benotze vill Firmen Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Technologie fir d'Spektrumeffizienz an d'Systemkapazitéit duerch raimlech Multiplexing ze verbesseren. Mat dem Fortschrëtt vun de 5G Netzwierker wäert d'Datenverbindungsgeschwindegkeet vun all Benotzer Gbps iwwerschreiden, an den Datenverkéier vun de Basisstatiounen wäert och däitlech eropgoen. Fir traditionell Millimeterwellekommunikatiounssystemer wäerten d'Mikrowellenverbindungen net fäeg sinn, dës enorm Datenstréim ze handhaben. Zousätzlech ass, wéinst dem Afloss vun der Siichtlinn, d'Transmissiounsdistanz vun der Infraroutkommunikatioun kuerz an d'Plaz vun hirer Kommunikatiounsausrüstung ass fixéiert. Dofir kënnen THz-Wellen, déi tëscht Mikrowellen an Infrarout leien, benotzt ginn, fir Héichgeschwindegkeetskommunikatiounssystemer opzebauen an d'Dateniwwerdroungsraten duerch d'Benotzung vun THz-Links ze erhéijen.
Terahertz-Wellen kënnen eng méi grouss Kommunikatiounsbandbreet ubidden, an hire Frequenzberäich ass ongeféier 1000-mol sou héich wéi dee vu mobiler Kommunikatioun. Dofir ass d'Benotzung vun THz fir den Opbau vu drahtlose Kommunikatiounssystemer mat ultra-héijer Geschwindegkeet eng villverspriechend Léisung fir d'Erausfuerderung vun héijen Datenraten, wat d'Interesse vu ville Fuerschungsteams an Industrien op sech gezunn huet. Am September 2017 gouf den éischten THz-drahtlose Kommunikatiounsstandard IEEE 802.15.3d-2017 verëffentlecht, deen den Austausch vu Punkt zu Punkt-Daten am ënneschten THz-Frequenzberäich vun 252-325 GHz definéiert. Déi alternativ physikalesch Schicht (PHY) vun der Verbindung kann Datenraten vu bis zu 100 Gbps bei verschiddene Bandbreeten erreechen.
Dat éischt erfollegräicht THz-Kommunikatiounssystem vun 0,12 THz gouf am Joer 2004 etabléiert, an dat THz-Kommunikatiounssystem vun 0,3 THz gouf am Joer 2013 realiséiert. Tabelle 1 weist de Fuerschungsfortschrëtt vun Terahertz-Kommunikatiounssystemer a Japan vun 2004 bis 2013 op.
Tabelle 1 Fuerschungsfortschrëtt vun Terahertz-Kommunikatiounssystemer a Japan vun 2004 bis 2013
D'Antennestruktur vun engem Kommunikatiounssystem, dat am Joer 2004 entwéckelt gouf, gouf 2005 vun der Nippon Telegraph and Telephone Corporation (NTT) am Detail beschriwwen. D'Antennekonfiguratioun gouf an zwéi Fäll agefouert, wéi an der Figur 2 gewisen.
Figur 2 Schematesch Duerstellung vum japanesche NTT 120 GHz drahtlose Kommunikatiounssystem
De System integréiert photoelektresch Konversioun an Antenn a benotzt zwou Aarbechtsmodi:
1. An enger kuerzer Distanz an engem Raum besteet den Planarantennentransmitter, deen dobannen agesat gëtt, aus engem Single-Line-Carrier-Photodiode (UTC-PD)-Chip, enger Planar-Slotantenn an enger Siliziumlëns, wéi an der Figur 2(a) gewisen.
2. An enger grousser Reechwäit am Fräien, fir den Afloss vu groussen Transmissiounsverloschter an enger gerénger Empfindlechkeet vum Detektor ze verbesseren, muss d'Senderantenn en héije Gewënn hunn. Déi existent Terahertz-Antenn benotzt eng Gauss-optesch Lëns mat engem Gewënn vu méi wéi 50 dBi. D'Kombinatioun vum Feedhorn an der dielektrescher Lëns ass an der Figur 2(b) gewisen.
Nieft der Entwécklung vun engem 0,12 THz Kommunikatiounssystem huet NTT am Joer 2012 och en 0,3 THz Kommunikatiounssystem entwéckelt. Duerch kontinuéierlech Optimiséierung kann d'Iwwerdroungsquote bis zu 100 Gbps erreechen. Wéi aus der Tabell 1 ze gesinn ass, huet et e groussen Bäitrag zur Entwécklung vun der Terahertz-Kommunikatioun geleescht. Déi aktuell Fuerschungsaarbecht huet awer d'Nodeeler vun enger gerénger Betribsfrequenz, enger grousser Gréisst an héije Käschten.
Déi meescht vun den aktuell benotzten Terahertz-Antennen sinn aus Millimeterwellenantennen ëmgewandelt, an et gëtt wéineg Innovatioun bei Terahertz-Antennen. Dofir ass et eng wichteg Aufgab, Terahertz-Antennen ze optimiséieren, fir d'Leeschtung vun Terahertz-Kommunikatiounssystemer ze verbesseren. Tabelle 2 weist de Fuerschungsfortschrëtt vun der däitscher THz-Kommunikatioun. Figur 3 (a) weist e representatiivt drahtlost THz-Kommunikatiounssystem, dat Photonik an Elektronik kombinéiert. Figur 3 (b) weist d'Testszene vum Wandtunnel. No der aktueller Fuerschungssituatioun an Däitschland ze beurteelen, huet seng Fuerschung an Entwécklung och Nodeeler, wéi eng niddreg Betribsfrequenz, héich Käschten an eng niddreg Effizienz.
Tabelle 2 Fuerschungsfortschrëtt vun der THz-Kommunikatioun an Däitschland
Figur 3 Testszene am Wandtunnel
Den CSIRO ICT Center huet och Fuerschung iwwer drahtlos THz-Kommunikatiounssystemer fir dobannen initiéiert. Den Zentrum huet d'Bezéiung tëscht dem Joer an der Kommunikatiounsfrequenz ënnersicht, wéi an der Figur 4 gewisen. Wéi an der Figur 4 ze gesinn ass, tendéiert d'Fuerschung iwwer drahtlos Kommunikatioun bis 2020 an d'THz-Band. Déi maximal Kommunikatiounsfrequenz, déi de Radiospektrum benotzt, klëmmt ongeféier zéngmol all zwanzeg Joer. Den Zentrum huet Empfehlungen zu den Ufuerderunge fir THz-Antennen gemaach a traditionell Antennen wéi Hornen a Lënsen fir THz-Kommunikatiounssystemer virgeschloen. Wéi an der Figur 5 gewisen, funktionéieren zwou Hornantennen mat 0,84 THz respektiv 1,7 THz, mat enger einfacher Struktur a gudder Gauss-Straleleistung.
Figur 4 Zesummenhang tëscht Joer a Frequenz
RM-BDHA818-20A
RM-DCPHA105145-20
Figur 5 Zwee Zorte vun Hornantennen
D'Vereenegt Staaten hunn extensiv Fuerschung iwwer d'Emissioun an d'Detektioun vun Terahertz-Wellen duerchgefouert. Bekannt Terahertz-Fuerschungslaboratoiren sinn de Jet Propulsion Laboratory (JPL), de Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), den US National Laboratory (LLNL), d'National Aeronautics and Space Administration (NASA), d'National Science Foundation (NSF), etc. Nei Terahertz-Antennen fir Terahertz-Uwendungen goufen entwéckelt, wéi z. B. Bowtie-Antennen an Frequenzstrahlsteierungsantennen. Geméiss der Entwécklung vun Terahertz-Antennen kënne mir dräi grondleeënd Designiddien fir Terahertz-Antennen kréien, wéi an der Figur 6 gewisen.
Figur 6 Dräi grondleeënd Designiddien fir Terahertz-Antennen
Déi uewe genannte Analyse weist, datt obwuel vill Länner Terahertz-Antennen grouss Opmierksamkeet geschenkt hunn, dës sech nach ëmmer an der initialer Exploratiouns- an Entwécklungsphase befannen. Wéinst dem héije Ausbreedungsverloscht a molekulare Absorptioun sinn THz-Antennen normalerweis duerch d'Transmissiounsdistanz an d'Ofdeckung limitéiert. E puer Studien konzentréiere sech op méi niddreg Betribsfrequenzen am THz-Band. Déi existent Fuerschung iwwer Terahertz-Antennen konzentréiert sech haaptsächlech op d'Verbesserung vum Gewënn duerch d'Benotzung vun dielektresche Lënsenantennen etc., an d'Verbesserung vun der Kommunikatiounseffizienz duerch d'Benotzung vun passenden Algorithmen. Zousätzlech ass d'Verbesserung vun der Effizienz vun der Terahertz-Antennenverpackung och eng ganz dréngend Fro.
Allgemeng THz-Antennen
Et gëtt vill Zorte vun THz-Antennen: Dipolantennen mat konischen Kavitéiten, Eckreflektorarrays, Bowtie-Dipolen, dielektresch Lënsenplanarantennen, photoleitend Antennen fir d'Generéierung vun THz-Stralungsquellen, Hornantennen, THz-Antennen op Basis vu Graphenmaterialien, etc. Jee no de Materialien, déi fir d'Fabrikatioun vun THz-Antennen benotzt ginn, kënne se ongeféier a Metallantennen (haaptsächlech Hornantennen), dielektresch Antennen (Lënsenantennen) an Antennen aus neie Materialien opgedeelt ginn. Dësen Abschnitt gëtt fir d'éischt eng virleefeg Analyse vun dësen Antennen, an dann am nächste Abschnitt ginn fënnef typesch THz-Antennen am Detail virgestallt an am Detail analyséiert.
1. Metallantennen
D'Hornantenn ass eng typesch Metallantenn, déi fir d'Aarbecht am THz-Band entwéckelt gouf. D'Antenn vun engem klassesche Millimeterwellenempfänger ass e konischen Horn. Wellen- an Dual-Modus-Antennen hunn vill Virdeeler, dorënner rotationssymmetresch Stralungsmuster, en héije Verstärkungsgrad vun 20 bis 30 dBi an e niddrege Kräizpolarisatiounsniveau vun -30 dB, an eng Kopplereiwäit vun 97% bis 98%. Déi verfügbar Bandbreet vun den zwou Hornantennen sinn 30%-40% respektiv 6%-8%.
Well d'Frequenz vun den Terahertz-Wellen ganz héich ass, ass d'Gréisst vun der Hornantenn ganz kleng, wat d'Veraarbechtung vum Horn ganz schwéier mécht, besonnesch beim Design vun Antennenarrays, an d'Komplexitéit vun der Veraarbechtungstechnologie féiert zu exzessive Käschten a limitéierter Produktioun. Wéinst der Schwieregkeet bei der Fabrikatioun vum ënneschten Deel vum komplexen Horndesign gëtt normalerweis eng einfach Hornantenn a Form vun engem konischen oder konischen Horn benotzt, wat d'Käschten an d'Prozesskomplexitéit reduzéiere kann, an d'Stralungsleistung vun der Antenn gutt erhale bleift.
Eng aner Metallantenn ass eng Wanderwellenpyramidantenn, déi aus enger Wanderwellenantenn besteet, déi op engem 1,2 Mikron décke dielektresche Film integréiert ass an an enger Längsschicht op engem Siliziumwafer geätzt ass, wéi an der Figur 7 gewisen. Dës Antenn huet eng oppe Struktur, déi mat Schottky-Dioden kompatibel ass. Wéinst hirer relativ einfacher Struktur a gerénger Fabrikatiounsufuerderung kann se allgemeng a Frequenzbänner iwwer 0,6 THz benotzt ginn. Wéinst hirer relativ einfacher Struktur an dem niddrege Produktiounsufuerderunge sinn d'Säitelobenniveau an d'Kräizpolarisatiounsniveau vun der Antenn awer héich, wahrscheinlech wéinst hirer oppener Struktur. Dofir ass hir Kopplereiffizienz relativ niddreg (ongeféier 50%).
Figur 7 Pyramidenantenn fir Reeswellen
2. Dielektresch Antenn
Déi dielektresch Antenn ass eng Kombinatioun aus engem dielektresche Substrat an engem Antennestrahler. Duerch e richtegt Design kann déi dielektresch Antenn eng Impedanzanpassung mam Detektor erreechen, an huet d'Virdeeler vun engem einfache Prozess, enger einfacher Integratioun an niddrege Käschten. An de leschte Joren hunn d'Fuerscher verschidde Schmuelband- a Breitband-Side-Fire-Antennen entwéckelt, déi mat den Nidderimpedanzdetektoren vun Terahertz-dielektreschen Antennen iwwereneestëmme kënnen: Päiperleksantenn, duebel U-fërmeg Antenn, logarithmesch Antenn a logarithmesch Sinusoidalantenn, wéi an der Figur 8 gewisen. Zousätzlech kënnen méi komplex Antennegeometrien duerch genetesch Algorithmen entworf ginn.
Figur 8 Véier Zorte vu planaren Antennen
Well awer déi dielektresch Antenn mat engem dielektresche Substrat kombinéiert ass, entsteet en Uewerflächenwelleneffekt, wann d'Frequenz an d'THz-Band tendéiert. Dësen fatale Nodeel féiert dozou, datt d'Antenn vill Energie während dem Betrib verléiert an zu enger bedeitender Reduktioun vun der Stralungseffizienz vun der Antenn féiert. Wéi an der Figur 9 gewisen, gëtt hir Energie am dielektresche Substrat agespaart a mam Substratmodus gekoppelt, wann de Stralungswénkel vun der Antenn méi grouss ass wéi de Cutoff-Wénkel.
Figur 9 Antenne-Uewerflächenwelleneffekt
Mat der Déckt vum Substrat klëmmt d'Zuel vun den héichuerdnungsméissegen Moden, an d'Kopplung tëscht der Antenn an dem Substrat klëmmt, wat zu engem Energieverloscht féiert. Fir den Uewerflächenwelleneffekt ze schwächen, gëtt et dräi Optimiséierungsschemaen:
1) Setzt eng Lëns op d'Antenn fir de Verstärkungsgrad ze erhéijen andeems Dir d'Strahlformungseigenschaften vun elektromagnetesche Wellen notzt.
2) Reduzéiert d'Déckt vum Substrat fir d'Generatioun vun héichuerdnungsmodi vun elektromagnetesche Wellen z'ënnerdrécken.
3) Den dielektresche Material vum Substrat duerch eng elektromagnetesch Bandlück (EBG) ersetzen. Déi raimlech Filtereegeschafte vun EBG kënnen héich Uerdnungsmodi ënnerdrécken.
3. Antennen aus neiem Material
Nieft den zwou uewe genannten Antennen gëtt et och eng Terahertz-Antenn aus neie Materialien. Zum Beispill hunn de Jin Hao et al. am Joer 2006 eng Dipolantenn aus Kuelestoff-Nanoröhrchen virgeschloen. Wéi an der Figur 10 (a) gewisen, ass den Dipol aus Kuelestoff-Nanoröhrchen amplaz vu Metallmaterialien. Hien huet d'Infrarout- an optesch Eegeschafte vun der Dipolantenn aus Kuelestoff-Nanoröhrchen grëndlech ënnersicht an déi allgemeng Charakteristike vun der Dipolantenn aus Kuelestoff-Nanoröhrchen mat endlecher Längt diskutéiert, wéi Inputimpedanz, Stroumverdeelung, Verstärkung, Effizienz a Stralungsmuster. Figur 10 (b) weist d'Bezéiung tëscht der Inputimpedanz an der Frequenz vun der Dipolantenn aus Kuelestoff-Nanoröhrchen. Wéi an der Figur 10 (b) ze gesinn ass, huet den imaginären Deel vun der Inputimpedanz bei méi héije Frequenzen e puer Nullen. Dëst weist drop hin, datt d'Antenn bei verschiddene Frequenzen e puer Resonanzen erreeche kann. Offensichtlech weist d'Antenn aus Kuelestoff-Nanoröhrchen Resonanz bannent engem bestëmmte Frequenzberäich (méi niddreg THz-Frequenzen), awer ass guer net fäeg, baussent dësem Beräich ze resonéieren.
Figur 10 (a) Dipolantenn aus Kuelestoffnanoröhrchen. (b) Inputimpedanz-Frequenzkurve
Am Joer 2012 hunn de Samir F. Mahmoud an den Ayed R. AlAjmi eng nei Terahertz-Antennestruktur op Basis vu Kuelestoffnanoröhrchen virgeschloen, déi aus engem Bündel vu Kuelestoffnanoröhrchen besteet, déi an zwou dielektresch Schichten agewéckelt sinn. Déi bannenzeg dielektresch Schicht ass eng dielektresch Schaumschicht, an déi baussenzeg dielektresch Schicht ass eng Metamaterialschicht. Déi spezifesch Struktur gëtt an der Figur 11 gewisen. Duerch Tester gouf d'Stralungsleistung vun der Antenn am Verglach mat einfachwandege Kuelestoffnanoröhrchen verbessert.
Figur 11 Nei Terahertz-Antenn baséiert op Kuelestoffnanoröhrchen
Déi nei Material-Terahertz-Antennen, déi uewe virgeschloe goufen, si haaptsächlech dräidimensional. Fir d'Bandbreet vun der Antenn ze verbesseren an konform Antennen ze maachen, hunn planar Graphen-Antennen vill Opmierksamkeet kritt. Graphen huet exzellent dynamesch kontinuéierlech Kontrollcharakteristiken a kann Uewerflächenplasma generéieren andeems d'Biasspannung ugepasst gëtt. Uewerflächenplasma existéiert op der Grenzfläch tëscht Substrate mat positiver dielektrescher Konstant (wéi Si, SiO2, etc.) a Substrate mat negativer dielektrescher Konstant (wéi Edelmetaller, Graphen, etc.). Et gëtt eng grouss Zuel vu "fräien Elektronen" a Leeder wéi Edelmetaller a Graphen. Dës fräi Elektronen ginn och Plasmen genannt. Wéinst dem inherente Potenzialfeld am Leeder sinn dës Plasmen an engem stabilen Zoustand a ginn net vun der Äussewelt gestéiert. Wann déi afalend elektromagnetesch Wellenenergie mat dëse Plasmen gekoppelt gëtt, wäerten d'Plasmen vum stationären Zoustand ofwäichen a vibréieren. No der Konversioun formt den elektromagnetesche Modus eng transversal Magnéitwell op der Grenzfläch. No der Beschreiwung vun der Dispersiounsbezéiung vum Metalloberflächenplasma vum Drude-Modell kënnen Metaller net natierlech mat elektromagnetesche Wellen am fräie Raum koppelen an Energie ëmwandelen. Et ass néideg, aner Materialien ze benotzen, fir Uewerflächenplasmawellen unzeréieren. Uewerflächenplasmawellen zerfalen séier an der paralleler Richtung vun der Metall-Substrat-Grenzfläche. Wann de Metallleeder an der Richtung senkrecht zur Uewerfläch leet, entsteet en Hauteffekt. Natierlech gëtt et wéinst der klenger Gréisst vun der Antenn en Hauteffekt am Héichfrequenzband, wat dozou féiert, datt d'Leeschtung vun der Antenn staark erofgeet an d'Ufuerderunge vun Terahertz-Antennen net méi erfëllt kënne ginn. Den Uewerflächenplasmon vum Graphen huet net nëmmen eng méi héich Bindungskraaft a manner Verloschter, mä ënnerstëtzt och eng kontinuéierlech elektresch Ofstëmmung. Zousätzlech huet Graphen eng komplex Leetfäegkeet am Terahertzband. Dofir ass déi lues Wellenausbreedung mam Plasmamodus bei Terahertz-Frequenzen verbonnen. Dës Charakteristike weisen vollstänneg d'Machbarkeet vu Graphen fir Metallmaterialien am Terahertzband z'ersetzen.
Baséierend op dem Polarisatiounsverhalen vu Graphen-Uewerflächenplasmonen, weist d'Figur 12 en neien Typ vu Sträifenantenn a proposéiert d'Bandform vun den Ausbreedungseigenschaften vu Plasmawellen am Graphen. Den Design vun engem ofstëmmenden Antenneband bitt eng nei Méiglechkeet fir d'Ausbreedungseigenschaften vun neien Terahertz-Antennen aus Materialien ze studéieren.
Figur 12 Nei Sträifantenn
Nieft der Exploratioun vun neien Materialien aus Terahertz-Antennenelementer kënnen Graphen-Nanopatch-Terahertz-Antennen och als Arrays entwéckelt ginn, fir Terahertz-Multi-Input-Multi-Output-Antennenkommunikatiounssystemer ze bauen. D'Antennenstruktur ass an der Figur 13 gewisen. Baséierend op den eenzegaartegen Eegeschafte vu Graphen-Nanopatch-Antennen hunn d'Antennenelementer Dimensiounen am Mikrometerberäich. Chemesch Gasoflagerung synthetiséiert direkt verschidde Graphenbilder op enger dënner Nickelschicht an transferéiert se op all Substrat. Duerch d'Auswiel vun enger entspriechender Zuel vu Komponenten an d'Ännere vun der elektrostatescher Biasspannung kann d'Stralungsrichtung effektiv geännert ginn, wouduerch de System nei konfiguréierbar ass.
Figur 13 Graphen-Nanopatch-Terahertz-Antennenmatrix
D'Fuerschung vun neie Materialien ass eng relativ nei Richtung. Et gëtt erwaart, datt d'Innovatioun vu Materialien d'Limiten vun traditionellen Antennen duerchbrécht an eng Vielfalt vun neien Antennen entwéckelt, wéi rekonfiguréierbar Metamaterialien, zweedimensional (2D) Materialien, etc. Dës Zort vun Antennen hänkt awer haaptsächlech vun der Innovatioun vun neie Materialien an dem Fortschrëtt vun der Prozesstechnologie of. Op alle Fall erfuerdert d'Entwécklung vun Terahertz-Antennen innovativ Materialien, präzis Veraarbechtungstechnologie an nei Designstrukturen, fir den Ufuerderunge vun Terahertz-Antennen no héijem Verstärkungsgewënn, niddrege Käschten a breeder Bandbreet ze erfëllen.
Déi folgend stellt d'Grondprinzipie vun dräi Zorte vun Terahertz-Antennen vir: Metallantennen, dielektresch Antennen an Antennen aus neie Materialien, an analyséiert hir Ënnerscheeder a Vir- an Nodeeler.
1. Metallantenn: D'Geometrie ass einfach, einfach ze veraarbechten, relativ bëlleg, an et gëtt wéineg Ufuerderungen un d'Substratmaterialien. Metallantennen benotzen awer eng mechanesch Method fir d'Positioun vun der Antenn unzepassen, wat ufälleg fir Feeler ass. Wann d'Astellung net korrekt ass, gëtt d'Leeschtung vun der Antenn staark reduzéiert. Och wann d'Metallantenn kleng ass, ass se schwéier mat engem planare Circuit zesummenzesetzen.
2. Dielektresch Antenn: Déi dielektresch Antenn huet eng niddreg Inputimpedanz, ass einfach mat engem Nidderimpedanzdetektor ze verbannen an ass relativ einfach mat engem planare Circuit ze verbannen. Déi geometresch Forme vun dielektreschen Antennen enthalen Päiperleksform, duebel U-Form, konventionell logarithmesch Form a logarithmesch periodesch Sinusform. Dielektresch Antennen hunn awer och e fatale Nodeel, nämlech den Uewerflächenwelleneffekt, deen duerch dat déckt Substrat verursaacht gëtt. D'Léisung ass eng Lëns ze lueden an den dielektresche Substrat duerch eng EBG-Struktur z'ersetzen. Béid Léisunge verlaangen Innovatioun an eng kontinuéierlech Verbesserung vun der Prozesstechnologie a Materialien, awer hir exzellent Leeschtung (wéi Omnidirektionalitéit an Uewerflächenwellenënnerdréckung) kann nei Iddien fir d'Fuerschung vun Terahertz-Antennen liwweren.
3. Nei Materialantennen: Aktuell sinn nei Dipolantennen aus Kuelestoffnanoröhrchen an nei Antennestrukturen aus Metamaterialien opgedaucht. Nei Materialien kënnen nei Leeschtungsduerchbréch bréngen, awer d'Viraussetzung ass d'Innovatioun vun der Materialwëssenschaft. Aktuell ass d'Fuerschung iwwer nei Materialantennen nach an der Exploratiounsphase, a vill Schlësseltechnologien sinn net reif genuch.
Zesummegefaasst kënnen ënnerschiddlech Zorte vun Terahertz-Antennen no den Designufuerderunge ausgewielt ginn:
1) Wann en einfachen Design a niddreg Produktiounskäschte verlaangt sinn, kënnen Metallantennen ausgewielt ginn.
2) Wann eng héich Integratioun an eng niddreg Inputimpedanz erfuerderlech sinn, kënnen dielektresch Antennen ausgewielt ginn.
3) Wann en Duerchbroch an der Leeschtung erfuerderlech ass, kënnen nei Materialantennen ausgewielt ginn.
Déi uewe genannten Designen kënnen och no spezifesche Bedierfnesser ugepasst ginn. Zum Beispill kënnen zwou Zorte vun Antennen kombinéiert ginn, fir méi Virdeeler ze kréien, awer d'Montagemethod an d'Designtechnologie mussen méi streng Ufuerderungen erfëllen.
Fir méi iwwer Antennen ze léieren, gitt w.e.g. op:
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 02.08.2024
