Liikkuvan yhteyden löytäminen terahertseillä

Vuotavista aaltojohdoista tulevat terahertsitaajuudet näyttäytyvät sateenkaarena, jota voidaan käyttää terahertsiaalloilla toimivien laitteiden toistensa löytämiseen tulevissa langattomissa terahertsisissä verkoissa 

Ryhmä tutkijoita Brownin ja Ricen yliopistoista on osoittanut tavan auttaa langattomia mobiililaitteita löytämään toisiaan tulevaisuuden erittäin nopeissa terahertseillä toimivissa verkoissa.

Kannettava tietokone löytää nopeasti paikallisen Wi-Fi-verkon. Mutta sama tekniikka ei enää toimi tulevaisuuden terahertsien aalloilla.

Korkean taajuutensa ansiosta terahertsiaallot voivat kuljettaa satoja kertoja enemmän informaatiota kuin nykyiset mikroaallot. Mutta korkea taajuus tarkoittaa myös, että terahertsiaallot leviävät eri tavalla kuin mikroaallot. Mikroaallot lähtevät lähteestä monisuuntaisesti kun taas terahertsiaallot leviävät kapeina säteinä.

Nature Communications -tiedejulkaisussa Brownin ja Rice Universityn tutkijat osoittivat, että vuotavana aaltojohteena tunnettua rakennetta voidaan käyttää mobiilin yhteyden löytämiseen terahertsitaajuuksilla. Lähestymistapa mahdollistaa linkin löytämisen passiivisesti ja yhdellä sykkeellä.

Vuotavan aaltojohdon käsite on yksinkertainen. Se on vain kaksi metallilevyä, joiden välisessä tilassa säteily voi edetä. Yhdessä levyistä on siihen leikattu kapea rako, joka mahdollistaa säteilyn vähäisen vuotamisen ulos. Uusi tutkimus osoittaa, että laitetta voidaan käyttää linkin löytämiseen ja seurantaan hyödyntämällä yhtä sen taustalla olevista ominaisuuksista: eri taajuudet vuotavat raosta eri kulmissa.

"Kun syötetään yhdellä pulssilla laaja valikoima terahertsitaajuuksia tällaiseen aaltoputkeen niin jokainen vuotaa samanaikaisesti mutta eri kulmassa", kertoo jatko-opiskelija Yasaman Ghasempour. "Voit ajatella sitä kuin ulos vuotavana sateenkaarena, jonka jokainen väri edustaa vastaa tiettyä kulmaa."

Riippuen siitä, missä asiakaslaite on suhteessa tukiasemaan, se näkee aaltojohteesta tulevan eri värin. Asiakas lähettää paluusignaalin tukiasemaan, kertoen näkevänsä keltaisen. Tällöin tukiasema tietää tarkalleen missä suunnassa asiakas on ja voi jatkaa sen seuraamista.

Ratkaisu käyttää vuotavaa aaltojohtoa myös asiakaspuolella. Sillä puolella aaltoputken raon kautta vastaanotettua taajuusaluetta voidaan käyttää reitittimen sijainnin määrittämiseen suhteessa laitteen paikalliseen kiertoon.

Brownin professori Daniel Mittleman kertoo, että tämä uusi tapa saada linkinhakutyö terahertsimaailmaan on tärkeä, koska nykyiset protokollat linkkien löytämiseksi mikroaalloilla eivät yksinkertaisesti toimi terahertsisignaalien kanssa.

Jopa 5G-verkkojen vauhdittamiseen kehitetyt protokollat, jotka ovat paljon suuntaavampia kuin tavalliset mikroaallot, eivät ole toteutettavissa terahertseille. Tämä johtuu siitä, että niin kapeita kuin 5G-säteet ovatkin, ne ovat silti noin kymmenen kertaa leveämpiä kuin terahertsiverkon säteet.

Aiheesta aiemmin:

Näppärä terahertsinen tekniikka

Langattoman viestinnän tulevaisuus on terahertseissä

Avaintekniikkaa terahertsien langattomalle