Näppärä terahertsinen tekniikka

Menetelmä koherentille ilmaisulle resonanssitunnelidiodia (RTD) hyödyntämällä. Kun sen toimintajännite on asetettu negatiivisen eroresistanssin (NDC) alueelle, RTD värähtelee, mikä tehostaa vastaanoton ilmaisua verrattuna tavanomaiseen suoraan havaintoon. Siten injektiolukitus auttaa synkronoimaan RTD-värähtelyn vastaanotetun signaalin kanssa. Tämän seurauksena terahertsiaallot voidaan havaita johdonmukaisesti yhdellä RTD:llä.

Tutkimusryhmä Osakan yliopistosta on esitellyt terahertsitaajuuksien ilmaisimen, joka mahdollistaa toimia taajuusalueella, jolla on aikaisemmin ollut erittäin vaikea toimia.

Heidän saavuttama ennätyksellinen 30 gigabittia sekunnissa siirtokapasiteetti voi johtaa tietä seuraavan sukupolven (6G) solukkoverkkotekniikkaan.

Käytännöllinen terahertsivastaanotin on pysynyt tähän asti vaikeana toteutuksena kahdesta pääasiallisesta syystä.

Ensinnäkin, sähkömagneettiset värähtelyt ovat aivan liian nopeita, jotta perinteinen elektroniikka pystyy niitä käsittelemään ja että terahertsisellä oskillaattorilla sekä ilmaisimella on heikko suorituskyky. Toiseksi huonelämpötilan ilmaisimen terminen kohina sumentaa vastaanotetut signaalit.

Nyt Osakan yliopiston tutkijat ovat keksineet uuden vastaanottimen, jossa he hyödynsivät resonanssitunnelidiodia, jossa erityinen ”resonanssijännite” tuottaa piikkivirran. Siten siinä on myös alue, jolla virta tosiasiassa putoaa kasvavalla jännitteellä.

Tämän epälineaarisen käyttäytymisen avulla tutkijat saattoivat synkronoida vastaanotetut terahertsisignaalit piirin sisäisen elektronisen oskillaattorin kanssa ja erottaa data kantoaallosta. Lopulta herkkyyttä parannettiin kertoimella 10 000.

Matkapuhelinjärjestelmän tornit eivät ole ainoita paikkoja, joista saatte löytää tulevaisuudessa terahertsisäteilyä. ”Tätä tekniikkaa voidaan käyttää toimimaan monenlaisissa sovelluksissa seuraavan sukupolven 6G-langattoman viestinnän lisäksi. Näihin kuuluvat spektroskooppinen tunnistus, rikkomaton tarkastus ja korkearesoluutioinen tutka”, kertoo tutkimuksen vastaava kirjoittaja Masayuki Fujita.

Kuvassa langattoman tiedonsiirron kokeita RTD-lähetintä ja -vastaanotinta sekä koherenttia ilmaisua käyttäen. Tiedonsiirtonopeudeksi saavutettiin 30 Gbit/s bittivirhesuhteella, joka mahdollistaa videon suoratoiston ilman keskeytystä virheettömästi.

Tutkimusraportti: Terahertz coherent receiver using a single resonant tunnelling diode

Aiheesta aiemmin: Langattoman viestinnän tulevaisuus on terahertseissä