来自布朗的工程师开发太赫兹无线的关键组件

来自布朗大学的工程师们已经在太赫兹无线的一个关键部件上取得了进展:太赫兹流的多路复用和解多路复用。

太赫兹辐射有朝一日将成为无线系统的骨干,使其传输数据的速度比现在的蜂窝网络或Wi-Fi网络快100倍。但在太赫兹无线技术投入使用之前,仍有许多技术难题有待解决。

布朗大学的研究人员已经朝着解决其中一个挑战迈出了重要的一步。他们已经开发出了他们认为的第一套太赫兹多路复用系统。多路复用器是一种能使不同的数据流通过单一介质传输的设备。这项技术使一根电缆可以传输多个电视频道,或使一根光纤线路可以同时传输数千个电话。

任何太赫兹通信应用程序都需要某种形式的多路复用和解多路复用。布朗大学工程学教授、描述这种新设备的论文的资深作者丹尼尔·米特尔曼说。据我们所知,这是第一次有人证明了在太赫兹范围内可行的多路复用策略。

这项研究发表在9月14日的《自然光子学》上。

今天的蜂窝网络和Wi-Fi网络都依靠微波来传输语音通话和数据。但是,对数据传输日益增长的需求正迅速超过微波的处理能力。太赫兹波有更高的频率,因此有更多的潜在带宽。然而,科学家和工程师们最近才开始探索太赫兹波的潜力。因此,太赫兹无线网络的许多组件都是基于无线网络的。包括多路复用器本;还没有开发出来。

Mittleman和他的同事们正在研究的多路复用器利用了所谓的漏波天线。在这种情况下,天线是由两个平行放置的金属板构成一个波导。其中一个盘子上有一个小裂缝。当太赫兹波沿着波导传播时,一些辐射会从狭缝中泄漏出来。事实证明,太赫兹波的泄漏角度取决于它们的频率。

这意味着如果你在板间放入10个不同的频率。每个潜在地携带一个唯一的数据流—它们会从10个不同的角度出现。米特说。现在你已经把它们分离了,那就是解多路复用。

在另一端,接收器可以调整成以特定角度接收辐射,从而只能接收来自一个流的数据。

我们认为这是满足太赫兹通信网络需求的一个合理的解决方案。这篇论文的第一作者,布朗大学的研究生尼古拉斯卡尔说。Karl和他的研究生Robert McKinney领导了这个装置的实验。这项研究的其他作者是布朗大学的研究教授Rajind Mendis和东京庆应义塾大学的Yasuaki Monnai。

研究人员说,这种方法的优点之一是,通过调整板间的距离,就可以调整分配到每个频道的频谱带宽。当这样的设备部署在数据网络中使用时,这可能特别有用。

例如,如果一个用户突然需要大量的带宽,你可以从网络上其他不需要的人那里得到它,只需在正确的位置改变板间距,米特说。

该小组计划继续改进该设备。大阪大学的一个研究小组正与米特勒曼小组合作,在他们正在构建的太赫兹网络原型中实现该设备。

这是第一代概念验证设备,卡尔说。我们还有很多地方可以改进,我们会继续研究。

Mittleman希望这项工作能够挑战其他研究人员,让他们开始开发太赫兹网络的组件。

这可能产生的最大影响是,它可能只是促使人们开始思考这个问题,米特说。这意味着他们会想出与此完全不同的好点子。

这项工作得到了美国国家科学基金会和W.M.凯克基金会的支持。

出版:Nicholas J. Karl,等人,使用泄漏波天线的太赫兹频率分复用,自然光子学(2015);doi: 10.1038 / nphoton.2015.176