Yeni terahertz anten tasarımı 6G’de 1 terabit hızın kapısını aralıyor

Araştırma ekibi, mekanik hareketli parçalara veya karmaşık yönlendirme sistemlerine ihtiyaç duymayan, tamamen pasif bir anten mimarisi geliştirmiş durumda. Tasarımın temelinde ise nispeten yeni bir alan olan topolojik fotonik yaklaşımı yer alıyor.

6G’nin temel sorunu ne?

6G ile hedeflenen hızlar mevcut 5G’nin çok ötesine geçiyor. Terahertz frekanslar, 5G’de kullanılan bantların binlerce gigahertz üzerine çıkarak teorik olarak saniyede 1 terabit seviyesine yaklaşan veri aktarım kapasitesi sunabiliyor. Bu hız, modern bir akıllı telefonun içeriğinin yarısının bir saniyeden kısa sürede aktarılabilmesi anlamına geliyor.

Ancak bu yüksek frekansın beraberinde getirdiği ciddi mühendislik zorlukları bulunuyor. Terahertz bantlarında sinyal kayıpları belirgin şekilde artıyor, ışının yön kararlılığı azalıyor ve yapıdaki en küçük kusurlar dahi elektromanyetik dalgaların saçılmasına neden olabiliyor. Bu da anten tasarımını son derece hassas ve karmaşık hale getiriyor.

Bu sorunu çözmek için daha büyük anten dizileri kurmak veya hareketli ışın yönlendirme sistemleri eklemek gibi yöntemler var. Ancak Singh ve ekibi farklı bir yol izliyor.

Topolojik fotoniğin hediyesi

Geliştirilen prototip, hassas şekilde işlenmiş bir silikon çip üzerine kurulu. Çip yüzeyi, petek yapısını andıran üçgen deliklerden oluşan karmaşık bir geometriye sahip. Bu delikler 99 mikrometre ve 264 mikrometre olarak iki farklı boyutta tasarlandı. Deliklerin konumlandırılması ve boyut kombinasyonları, terahertz radyasyonun malzeme içindeki davranışını doğrudan belirliyor.

Ayrıca Bkz.Fiber hızında kablosuz iletişim sağlayan çip geliştirildi

Belirli bir desen uygulandığında elektromanyetik dalgalar çip içinde hapsolabiliyor, farklı bir düzenlemede ise kontrollü şekilde dışarı sızdırılıyor. Bu kontrollü sızıntı, terahertz radyasyonun konik bir ışın formunda yayılmasını sağlıyor. Böylece desenli silikon çip, kompakt ve tamamen pasif bir antene dönüşüyor.

Mevcut sistemlerden 30 kat daha iyi

Laboratuvar testlerinde, geometrik kontrol yaklaşımının cihazın çevresindeki uzayın yaklaşık %75’ine kadar radyasyon yayabildiği belirlendi. Bu kapsama oranı, mevcut terahertz antenlere kıyasla yaklaşık 30 kat daha yüksek performans anlamına geliyor.

Alıcı tarafında da benzer şekilde geniş bir görüş alanı elde edildi. Gerçekleştirilen deneylerde araştırma ekibi güncel benzer sistemlere göre yüzlerce kat daha yüksek veri iletim hızları kaydetti.

Bu performansın en dikkat çekici yönü ise sistemin tamamen pasif olması. Anten içinde hareketli bileşenler ya da aktif ışın yönlendirme mekanizmaları bulunmuyor. Dalga kontrolü, bütünüyle fiziksel tasarımın -yani topolojik desenin- kendisinden kaynaklanıyor.

Araştırma ekibi bir sonraki aşamada iletim, alım ve çip üzeri sinyal işleme fonksiyonlarını aynı silikon platformda birleştirmeyi planlıyor. Amaç, terahertz iletişimin ön uç bileşenlerini tek bir minyatür çipte toplamak. Eğer başarılı olurlarsa terahertz tabanlı 6G iletişim çözümleri ticari ürünlere daha hızlı uyarlanabilir.