বেতার ডিভাইসের ক্রমবর্ধমান জনপ্রিয়তার সাথে, ডেটা পরিষেবাগুলি দ্রুত বিকাশের একটি নতুন যুগে প্রবেশ করেছে, যা ডেটা পরিষেবাগুলির বিস্ফোরক বৃদ্ধি হিসাবেও পরিচিত৷ বর্তমানে, বিপুল সংখ্যক অ্যাপ্লিকেশন ধীরে ধীরে কম্পিউটার থেকে বেতার ডিভাইসে স্থানান্তরিত হচ্ছে যেমন মোবাইল ফোন যা রিয়েল টাইমে বহন এবং পরিচালনা করা সহজ, তবে এই পরিস্থিতিটি ডেটা ট্র্যাফিকের দ্রুত বৃদ্ধি এবং ব্যান্ডউইথ সংস্থানের ঘাটতির দিকে পরিচালিত করেছে। . পরিসংখ্যান অনুসারে, আগামী 10 থেকে 15 বছরে বাজারে ডেটা রেট Gbps বা এমনকি Tbps-এ পৌঁছতে পারে। বর্তমানে, THz যোগাযোগ একটি Gbps ডেটা হারে পৌঁছেছে, যখন Tbps ডেটা রেট এখনও বিকাশের প্রাথমিক পর্যায়ে রয়েছে৷ একটি সম্পর্কিত কাগজ THz ব্যান্ডের উপর ভিত্তি করে Gbps ডেটা হারের সর্বশেষ অগ্রগতি তালিকাভুক্ত করে এবং ভবিষ্যদ্বাণী করে যে Tbps মেরুকরণ মাল্টিপ্লেক্সিংয়ের মাধ্যমে পাওয়া যেতে পারে। অতএব, ডেটা ট্রান্সমিশন রেট বাড়ানোর জন্য, একটি সম্ভাব্য সমাধান হল একটি নতুন ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ড তৈরি করা, যা টেরাহার্টজ ব্যান্ড, যা মাইক্রোওয়েভ এবং ইনফ্রারেড আলোর মধ্যে "ফাঁকা এলাকায়" রয়েছে। 2019 সালে ITU ওয়ার্ল্ড রেডিও কমিউনিকেশন কনফারেন্সে (WRC-19) ফিক্সড এবং ল্যান্ড মোবাইল পরিষেবার জন্য 275-450GHz ফ্রিকোয়েন্সি রেঞ্জ ব্যবহার করা হয়েছে। এটা দেখা যায় যে terahertz বেতার যোগাযোগ ব্যবস্থা অনেক গবেষকের দৃষ্টি আকর্ষণ করেছে।
টেরাহার্টজ ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গগুলিকে সাধারণত 0.03-3 মিমি তরঙ্গদৈর্ঘ্য সহ 0.1-10THz (1THz=1012Hz) এর ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ড হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। IEEE মান অনুযায়ী, terahertz তরঙ্গ 0.3-10THz হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। চিত্র 1 দেখায় যে টেরাহার্টজ ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ড মাইক্রোওয়েভ এবং ইনফ্রারেড আলোর মধ্যে রয়েছে।
চিত্র 1 টিএইচজেড ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ডের পরিকল্পিত চিত্র।
টেরাহার্টজ অ্যান্টেনার বিকাশ
যদিও তেরাহার্টজ গবেষণা 19 শতকে শুরু হয়েছিল, তখন এটি একটি স্বাধীন ক্ষেত্র হিসাবে অধ্যয়ন করা হয়নি। টেরাহার্টজ বিকিরণ নিয়ে গবেষণাটি মূলত দূর-ইনফ্রারেড ব্যান্ডের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করা হয়েছিল। এটি 20 শতকের মাঝামাঝি থেকে শেষ পর্যন্ত নয় যে গবেষকরা টেরাহার্টজ ব্যান্ডে মিলিমিটার তরঙ্গ গবেষণাকে অগ্রসর করতে শুরু করেছিলেন এবং বিশেষায়িত টেরাহার্টজ প্রযুক্তি গবেষণা পরিচালনা করতে শুরু করেছিলেন।
1980-এর দশকে, টেরাহার্টজ বিকিরণ উত্সের আবির্ভাব বাস্তব ব্যবস্থায় টেরাহার্টজ তরঙ্গের প্রয়োগকে সম্ভব করে তোলে। 21 শতকের পর থেকে, বেতার যোগাযোগ প্রযুক্তি দ্রুত বিকশিত হয়েছে, এবং তথ্যের জন্য মানুষের চাহিদা এবং যোগাযোগের সরঞ্জামের বৃদ্ধি যোগাযোগের ডেটা প্রেরণের হারে আরও কঠোর প্রয়োজনীয়তা তৈরি করেছে। অতএব, ভবিষ্যতের যোগাযোগ প্রযুক্তির চ্যালেঞ্জগুলির মধ্যে একটি হল একটি অবস্থানে প্রতি সেকেন্ডে গিগাবিটের উচ্চ ডেটা হারে কাজ করা। বর্তমান অর্থনৈতিক উন্নয়নের অধীনে, বর্ণালী সম্পদ ক্রমশ দুষ্প্রাপ্য হয়ে উঠেছে। যাইহোক, যোগাযোগ ক্ষমতা এবং গতির জন্য মানুষের প্রয়োজনীয়তা অফুরন্ত। স্পেকট্রাম কনজেশনের সমস্যার জন্য, অনেক কোম্পানি মাল্টিপল-ইনপুট মাল্টিপল-আউটপুট (MIMO) প্রযুক্তি ব্যবহার করে স্থানিক মাল্টিপ্লেক্সিংয়ের মাধ্যমে স্পেকট্রাম দক্ষতা এবং সিস্টেমের ক্ষমতা উন্নত করতে। 5G নেটওয়ার্কগুলির অগ্রগতির সাথে, প্রতিটি ব্যবহারকারীর ডেটা সংযোগের গতি Gbps ছাড়িয়ে যাবে এবং বেস স্টেশনগুলির ডেটা ট্র্যাফিকও উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পাবে। ঐতিহ্যগত মিলিমিটার তরঙ্গ যোগাযোগ ব্যবস্থার জন্য, মাইক্রোওয়েভ লিঙ্কগুলি এই বিশাল ডেটা স্ট্রিমগুলি পরিচালনা করতে সক্ষম হবে না। উপরন্তু, দৃষ্টির রেখার প্রভাবের কারণে, ইনফ্রারেড যোগাযোগের ট্রান্সমিশন দূরত্ব কম এবং এর যোগাযোগ সরঞ্জামের অবস্থান স্থির। তাই, THz তরঙ্গ, যা মাইক্রোওয়েভ এবং ইনফ্রারেডের মধ্যে রয়েছে, উচ্চ-গতির যোগাযোগ ব্যবস্থা তৈরি করতে এবং THz লিঙ্কগুলি ব্যবহার করে ডেটা ট্রান্সমিশন হার বাড়াতে ব্যবহার করা যেতে পারে।
Terahertz তরঙ্গ একটি বিস্তৃত যোগাযোগ ব্যান্ডউইথ প্রদান করতে পারে, এবং এর ফ্রিকোয়েন্সি পরিসীমা মোবাইল যোগাযোগের প্রায় 1000 গুণ। তাই, অতি-উচ্চ-গতির ওয়্যারলেস যোগাযোগ ব্যবস্থা তৈরি করতে THz ব্যবহার করা উচ্চ ডেটা হারের চ্যালেঞ্জের প্রতিশ্রুতিশীল সমাধান, যা অনেক গবেষণা দল এবং শিল্পের আগ্রহকে আকর্ষণ করেছে। সেপ্টেম্বর 2017 সালে, প্রথম THz ওয়্যারলেস কমিউনিকেশন স্ট্যান্ডার্ড IEEE 802.15.3d-2017 প্রকাশ করা হয়েছিল, যা 252-325 GHz এর নিম্ন THz ফ্রিকোয়েন্সি রেঞ্জে পয়েন্ট-টু-পয়েন্ট ডেটা এক্সচেঞ্জকে সংজ্ঞায়িত করে। লিঙ্কের বিকল্প শারীরিক স্তর (PHY) বিভিন্ন ব্যান্ডউইথের 100 Gbps পর্যন্ত ডেটা হার অর্জন করতে পারে।
0.12 THz-এর প্রথম সফল THz যোগাযোগ ব্যবস্থা 2004 সালে প্রতিষ্ঠিত হয়েছিল, এবং 0.3 THz-এর THz যোগাযোগ ব্যবস্থা 2013 সালে বাস্তবায়িত হয়েছিল৷ সারণী 1 2004 থেকে 2013 সাল পর্যন্ত জাপানে টেরাহার্টজ যোগাযোগ ব্যবস্থার গবেষণার অগ্রগতির তালিকা দেয়৷
সারণী 1 2004 থেকে 2013 পর্যন্ত জাপানে টেরাহার্টজ যোগাযোগ ব্যবস্থার গবেষণার অগ্রগতি
2004 সালে বিকশিত একটি যোগাযোগ ব্যবস্থার অ্যান্টেনা কাঠামো 2005 সালে নিপ্পন টেলিগ্রাফ অ্যান্ড টেলিফোন কর্পোরেশন (এনটিটি) দ্বারা বিশদভাবে বর্ণনা করা হয়েছিল। অ্যান্টেনা কনফিগারেশন দুটি ক্ষেত্রে চালু করা হয়েছিল, যেমন চিত্র 2-এ দেখানো হয়েছে।
চিত্র 2 জাপানের NTT 120 GHz ওয়্যারলেস যোগাযোগ ব্যবস্থার পরিকল্পিত চিত্র
সিস্টেমটি ফটোইলেকট্রিক রূপান্তর এবং অ্যান্টেনাকে সংহত করে এবং দুটি কাজের মোড গ্রহণ করে:
1. একটি ক্লোজ-রেঞ্জ ইনডোর পরিবেশে, গৃহের ভিতরে ব্যবহৃত প্ল্যানার অ্যান্টেনা ট্রান্সমিটারে একটি সিঙ্গেল-লাইন ক্যারিয়ার ফটোডিওড (UTC-PD) চিপ, একটি প্ল্যানার স্লট অ্যান্টেনা এবং একটি সিলিকন লেন্স থাকে, যেমন চিত্র 2(a) এ দেখানো হয়েছে।
2. একটি দীর্ঘ-পরিসরের বহিরঙ্গন পরিবেশে, বৃহৎ ট্রান্সমিশন ক্ষতি এবং ডিটেক্টরের কম সংবেদনশীলতার প্রভাব উন্নত করার জন্য, ট্রান্সমিটার অ্যান্টেনার উচ্চ লাভ থাকতে হবে। বিদ্যমান টেরাহার্টজ অ্যান্টেনা 50 ডিবিআই-এর বেশি লাভ সহ একটি গাউসিয়ান অপটিক্যাল লেন্স ব্যবহার করে। ফিড হর্ন এবং ডাইইলেকট্রিক লেন্সের সমন্বয় চিত্র 2(b) এ দেখানো হয়েছে।
একটি 0.12 THz যোগাযোগ ব্যবস্থার বিকাশের পাশাপাশি, 2012 সালে NTT একটি 0.3THz যোগাযোগ ব্যবস্থাও তৈরি করেছে। ক্রমাগত অপ্টিমাইজেশনের মাধ্যমে, ট্রান্সমিশন রেট 100Gbps পর্যন্ত হতে পারে। সারণি 1 থেকে দেখা যায়, এটি টেরাহার্টজ যোগাযোগের বিকাশে একটি দুর্দান্ত অবদান রেখেছে। যাইহোক, বর্তমান গবেষণা কাজের কম অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সি, বড় আকার এবং উচ্চ খরচের অসুবিধা রয়েছে।
বর্তমানে ব্যবহৃত বেশিরভাগ টেরাহার্টজ অ্যান্টেনা মিলিমিটার ওয়েভ অ্যান্টেনা থেকে পরিবর্তিত হয়েছে এবং টেরাহার্টজ অ্যান্টেনাগুলিতে সামান্য নতুনত্ব নেই। অতএব, টেরাহার্টজ যোগাযোগ ব্যবস্থার কর্মক্ষমতা উন্নত করার জন্য, একটি গুরুত্বপূর্ণ কাজ হল টেরাহার্টজ অ্যান্টেনাগুলিকে অপ্টিমাইজ করা। সারণী 2 জার্মান THz যোগাযোগের গবেষণা অগ্রগতির তালিকা দেয়। চিত্র 3 (a) ফোটোনিক্স এবং ইলেকট্রনিক্সের সমন্বয়ে একটি প্রতিনিধি THz বেতার যোগাযোগ ব্যবস্থা দেখায়। চিত্র 3 (b) বায়ু টানেল পরীক্ষার দৃশ্য দেখায়। জার্মানির বর্তমান গবেষণা পরিস্থিতির বিচার করলে, এর গবেষণা ও বিকাশের অসুবিধাও রয়েছে যেমন কম অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সি, উচ্চ খরচ এবং কম দক্ষতা।
সারণী 2 জার্মানিতে THz যোগাযোগের গবেষণার অগ্রগতি
চিত্র 3 বায়ু টানেল পরীক্ষার দৃশ্য
সিএসআইআরও আইসিটি সেন্টার THz ইনডোর ওয়্যারলেস কমিউনিকেশন সিস্টেম নিয়ে গবেষণা শুরু করেছে। কেন্দ্রটি বছর এবং যোগাযোগের ফ্রিকোয়েন্সির মধ্যে সম্পর্ক অধ্যয়ন করেছে, যেমন চিত্র 4 এ দেখানো হয়েছে। চিত্র 4 থেকে দেখা যায়, 2020 সালের মধ্যে, বেতার যোগাযোগের উপর গবেষণা THz ব্যান্ডের দিকে ঝোঁক। রেডিও স্পেকট্রাম ব্যবহার করে সর্বাধিক যোগাযোগের ফ্রিকোয়েন্সি প্রতি বিশ বছরে প্রায় দশ গুণ বৃদ্ধি পায়। কেন্দ্র THz অ্যান্টেনার প্রয়োজনীয়তার বিষয়ে সুপারিশ করেছে এবং THz যোগাযোগ ব্যবস্থার জন্য হর্ন এবং লেন্সের মতো ঐতিহ্যবাহী অ্যান্টেনা প্রস্তাব করেছে। চিত্র 5-এ দেখানো হয়েছে, দুটি হর্ন অ্যান্টেনা যথাক্রমে 0.84THz এবং 1.7THz-এ কাজ করে, একটি সাধারণ গঠন এবং ভাল গাউসিয়ান রশ্মি কর্মক্ষমতা সহ।
চিত্র 4 বছর এবং কম্পাঙ্কের মধ্যে সম্পর্ক
RM-BDHA818-20A
RM-DCPHA105145-20
চিত্র 5 দুই ধরনের হর্ন অ্যান্টেনা
মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র টেরাহার্টজ তরঙ্গ নির্গমন এবং সনাক্তকরণের উপর ব্যাপক গবেষণা চালিয়েছে। বিখ্যাত টেরাহার্টজ গবেষণা গবেষণাগারগুলির মধ্যে রয়েছে জেট প্রপালশন ল্যাবরেটরি (জেপিএল), স্ট্যানফোর্ড লিনিয়ার এক্সিলারেটর সেন্টার (এসএলএসি), ইউএস ন্যাশনাল ল্যাবরেটরি (এলএলএনএল), ন্যাশনাল অ্যারোনটিক্স অ্যান্ড স্পেস অ্যাডমিনিস্ট্রেশন (নাসা), ন্যাশনাল সায়েন্স ফাউন্ডেশন (এনএসএফ) ইত্যাদি। টেরাহার্টজ অ্যাপ্লিকেশনের জন্য নতুন টেরাহার্টজ অ্যান্টেনা ডিজাইন করা হয়েছে, যেমন বোটি অ্যান্টেনা এবং ফ্রিকোয়েন্সি বিম স্টিয়ারিং অ্যান্টেনা। টেরাহার্টজ অ্যান্টেনার বিকাশ অনুসারে, আমরা বর্তমানে টেরাহার্টজ অ্যান্টেনার জন্য তিনটি মৌলিক নকশা ধারণা পেতে পারি, যেমন চিত্র 6 এ দেখানো হয়েছে।
চিত্র 6 টেরাহার্টজ অ্যান্টেনার জন্য তিনটি মৌলিক নকশা ধারণা
উপরের বিশ্লেষণটি দেখায় যে যদিও অনেক দেশ টেরাহার্টজ অ্যান্টেনার প্রতি খুব মনোযোগ দিয়েছে, এটি এখনও প্রাথমিক অনুসন্ধান এবং বিকাশের পর্যায়ে রয়েছে। উচ্চ প্রচার ক্ষতি এবং আণবিক শোষণের কারণে, THz অ্যান্টেনাগুলি সাধারণত সংক্রমণ দূরত্ব এবং কভারেজ দ্বারা সীমাবদ্ধ থাকে। কিছু গবেষণা THz ব্যান্ডে নিম্ন অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সির উপর ফোকাস করে। বিদ্যমান টেরাহার্টজ অ্যান্টেনা গবেষণা প্রধানত ডাইইলেকট্রিক লেন্স অ্যান্টেনা ইত্যাদি ব্যবহার করে লাভের উন্নতি এবং উপযুক্ত অ্যালগরিদম ব্যবহার করে যোগাযোগ দক্ষতা উন্নত করার উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে। উপরন্তু, কিভাবে terahertz অ্যান্টেনা প্যাকেজিংয়ের দক্ষতা উন্নত করা যায় তাও একটি খুব জরুরি বিষয়।
সাধারণ THz অ্যান্টেনা
অনেক ধরনের THz অ্যান্টেনা পাওয়া যায়: শঙ্কু গহ্বর সহ ডাইপোল অ্যান্টেনা, কোণার প্রতিফলক অ্যারে, বোটি ডাইপোল, ডাইলেকট্রিক লেন্স প্ল্যানার অ্যান্টেনা, THz উৎস বিকিরণ উত্স তৈরির জন্য ফটোকন্ডাক্টিভ অ্যান্টেনা, হর্ন অ্যান্টেনা, গ্রাফিনের উপর ভিত্তি করে THz অ্যান্টেনা ইত্যাদি। THz তৈরি করতে ব্যবহৃত উপকরণ অ্যান্টেনা, এগুলিকে মোটামুটিভাবে ধাতব অ্যান্টেনা (প্রধানত হর্ন অ্যান্টেনা), অস্তরক অ্যান্টেনা (লেন্স অ্যান্টেনা) এবং নতুন উপাদান অ্যান্টেনায় ভাগ করা যেতে পারে। এই বিভাগটি প্রথমে এই অ্যান্টেনাগুলির একটি প্রাথমিক বিশ্লেষণ দেয় এবং তারপরে পরবর্তী বিভাগে, পাঁচটি সাধারণ THz অ্যান্টেনা বিস্তারিতভাবে উপস্থাপন করা হয় এবং গভীরভাবে বিশ্লেষণ করা হয়।
1. ধাতব অ্যান্টেনা
হর্ন অ্যান্টেনা হল একটি সাধারণ ধাতব অ্যান্টেনা যা THz ব্যান্ডে কাজ করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। একটি ক্লাসিক মিলিমিটার ওয়েভ রিসিভারের অ্যান্টেনা একটি শঙ্কুযুক্ত শিং। ঢেউতোলা এবং দ্বৈত-মোড অ্যান্টেনার অনেক সুবিধা রয়েছে, যার মধ্যে রয়েছে ঘূর্ণায়মান প্রতিসম বিকিরণ প্যাটার্ন, 20 থেকে 30 dBi-এর উচ্চ লাভ এবং -30 dB-এর নিম্ন ক্রস-পোলারাইজেশন স্তর, এবং 97% থেকে 98% এর কাপলিং দক্ষতা। দুটি হর্ন অ্যান্টেনার উপলব্ধ ব্যান্ডউইথ যথাক্রমে 30%-40% এবং 6%-8%।
যেহেতু টেরাহার্টজ তরঙ্গের ফ্রিকোয়েন্সি খুব বেশি, তাই হর্ন অ্যান্টেনার আকার খুব ছোট, যা হর্নের প্রক্রিয়াকরণকে খুব কঠিন করে তোলে, বিশেষ করে অ্যান্টেনা অ্যারেগুলির ডিজাইনে, এবং প্রক্রিয়াকরণ প্রযুক্তির জটিলতার কারণে অতিরিক্ত খরচ হয় এবং সীমিত উত্পাদন। জটিল হর্ন ডিজাইনের নীচে তৈরিতে অসুবিধার কারণে, একটি শঙ্কু বা শঙ্কুযুক্ত শিং আকারে একটি সাধারণ হর্ন অ্যান্টেনা সাধারণত ব্যবহার করা হয়, যা খরচ এবং প্রক্রিয়া জটিলতা হ্রাস করতে পারে এবং অ্যান্টেনার বিকিরণ কার্যক্ষমতা বজায় রাখা যেতে পারে। ভাল
আরেকটি ধাতব অ্যান্টেনা হল একটি ট্র্যাভেলিং ওয়েভ পিরামিড অ্যান্টেনা, যা 1.2 মাইক্রন ডাইইলেকট্রিক ফিল্মের উপর একত্রিত একটি ট্রাভেলিং ওয়েভ অ্যান্টেনা নিয়ে গঠিত এবং একটি সিলিকন ওয়েফারের উপর খোদাই করা একটি অনুদৈর্ঘ্য গহ্বরে স্থগিত, যেমন চিত্র 7-এ দেখানো হয়েছে। এই অ্যান্টেনা একটি খোলা কাঠামো যা Schottky ডায়োডের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ। তুলনামূলকভাবে সহজ গঠন এবং কম উৎপাদনের প্রয়োজনীয়তার কারণে, এটি সাধারণত 0.6 THz-এর উপরে ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ডে ব্যবহার করা যেতে পারে। যাইহোক, অ্যান্টেনার সাইডলোব লেভেল এবং ক্রস-পোলারাইজেশন লেভেল বেশি, সম্ভবত এর খোলা কাঠামোর কারণে। অতএব, এর কাপলিং দক্ষতা তুলনামূলকভাবে কম (প্রায় 50%)।
চিত্র 7 ভ্রমণ তরঙ্গ পিরামিডাল অ্যান্টেনা
2. অস্তরক অ্যান্টেনা
অস্তরক অ্যান্টেনা একটি অস্তরক সাবস্ট্রেট এবং একটি অ্যান্টেনা রেডিয়েটারের সংমিশ্রণ। সঠিক ডিজাইনের মাধ্যমে, ডাইলেক্ট্রিক অ্যান্টেনা ডিটেক্টরের সাথে ইম্পিডেন্স ম্যাচিং অর্জন করতে পারে এবং সহজ প্রক্রিয়া, সহজ ইন্টিগ্রেশন এবং কম খরচের সুবিধা রয়েছে। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, গবেষকরা বেশ কিছু ন্যারোব্যান্ড এবং ব্রডব্যান্ড সাইড-ফায়ার অ্যান্টেনা ডিজাইন করেছেন যা টেরাহার্টজ ডাইইলেকট্রিক অ্যান্টেনার কম-প্রতিবন্ধক ডিটেক্টরের সাথে মেলে: প্রজাপতি অ্যান্টেনা, ডাবল ইউ-আকৃতির অ্যান্টেনা, লগ-পর্যায়ক্রমিক অ্যান্টেনা, এবং লগ-পর্যায়ক্রমিক সাইনোসয়েডাল অ্যান্টেনা। চিত্র 8 এ দেখানো হয়েছে। উপরন্তু, আরও জটিল অ্যান্টেনা জ্যামিতি জেনেটিক অ্যালগরিদমের মাধ্যমে ডিজাইন করা যেতে পারে।
চিত্র 8 চার ধরনের প্ল্যানার অ্যান্টেনা
যাইহোক, যেহেতু অস্তরক অ্যান্টেনা একটি অস্তরক সাবস্ট্রেটের সাথে একত্রিত হয়, একটি পৃষ্ঠ তরঙ্গ প্রভাব ঘটবে যখন ফ্রিকোয়েন্সি THz ব্যান্ডের দিকে থাকে। এই মারাত্মক অসুবিধার কারণে অ্যান্টেনা অপারেশন চলাকালীন প্রচুর শক্তি হারাবে এবং অ্যান্টেনার বিকিরণ কার্যকারিতা উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পাবে। চিত্র 9-এ দেখানো হয়েছে, যখন অ্যান্টেনা বিকিরণ কোণ কাটঅফ কোণের চেয়ে বেশি হয়, তখন এর শক্তি অস্তরক সাবস্ট্রেটে সীমাবদ্ধ থাকে এবং সাবস্ট্রেট মোডের সাথে মিলিত হয়।
চিত্র 9 অ্যান্টেনা পৃষ্ঠ তরঙ্গ প্রভাব
সাবস্ট্রেটের বেধ বাড়ার সাথে সাথে হাই-অর্ডার মোডের সংখ্যা বৃদ্ধি পায় এবং অ্যান্টেনা এবং সাবস্ট্রেটের মধ্যে সংযোগ বৃদ্ধি পায়, যার ফলে শক্তি ক্ষয় হয়। পৃষ্ঠ তরঙ্গ প্রভাব দুর্বল করার জন্য, তিনটি অপ্টিমাইজেশান স্কিম আছে:
1) ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গের বিমফর্মিং বৈশিষ্ট্যগুলি ব্যবহার করে লাভ বাড়ানোর জন্য অ্যান্টেনায় একটি লেন্স লোড করুন।
2) ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গের উচ্চ-ক্রম মোডের প্রজন্মকে দমন করতে সাবস্ট্রেটের পুরুত্ব হ্রাস করুন।
3) একটি ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ব্যান্ড গ্যাপ (EBG) দিয়ে সাবস্ট্রেট অস্তরক উপাদান প্রতিস্থাপন করুন। EBG এর স্থানিক ফিল্টারিং বৈশিষ্ট্য হাই-অর্ডার মোডগুলিকে দমন করতে পারে।
3. নতুন উপাদান অ্যান্টেনা
উপরের দুটি অ্যান্টেনা ছাড়াও, নতুন উপকরণ দিয়ে তৈরি একটি টেরাহার্টজ অ্যান্টেনাও রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, 2006 সালে, জিন হাও এট আল। একটি কার্বন ন্যানোটিউব ডাইপোল অ্যান্টেনা প্রস্তাবিত। চিত্র 10 (a) হিসাবে দেখানো হয়েছে, ডাইপোলটি ধাতব পদার্থের পরিবর্তে কার্বন ন্যানোটিউব দিয়ে তৈরি। তিনি কার্বন ন্যানোটিউব ডাইপোল অ্যান্টেনার ইনফ্রারেড এবং অপটিক্যাল বৈশিষ্ট্যগুলি যত্ন সহকারে অধ্যয়ন করেন এবং সসীম দৈর্ঘ্যের কার্বন ন্যানোটিউব ডাইপোল অ্যান্টেনার সাধারণ বৈশিষ্ট্য যেমন ইনপুট প্রতিবন্ধকতা, বর্তমান বিতরণ, লাভ, দক্ষতা এবং বিকিরণ প্যাটার্ন নিয়ে আলোচনা করেন। চিত্র 10 (b) কার্বন ন্যানোটিউব ডাইপোল অ্যান্টেনার ইনপুট প্রতিবন্ধকতা এবং ফ্রিকোয়েন্সির মধ্যে সম্পর্ক দেখায়। চিত্র 10(b) এ দেখা যায়, ইনপুট প্রতিবন্ধকতার কাল্পনিক অংশে উচ্চতর ফ্রিকোয়েন্সিতে একাধিক শূন্য রয়েছে। এটি নির্দেশ করে যে অ্যান্টেনা বিভিন্ন ফ্রিকোয়েন্সিতে একাধিক অনুরণন অর্জন করতে পারে। স্পষ্টতই, কার্বন ন্যানোটিউব অ্যান্টেনা একটি নির্দিষ্ট ফ্রিকোয়েন্সি সীমার মধ্যে অনুরণন প্রদর্শন করে (নিম্ন THz ফ্রিকোয়েন্সি), কিন্তু এই সীমার বাইরে সম্পূর্ণরূপে অনুরণন করতে অক্ষম।
চিত্র 10 (a) কার্বন ন্যানোটিউব ডাইপোল অ্যান্টেনা। (b) ইনপুট প্রতিবন্ধকতা-ফ্রিকোয়েন্সি বক্ররেখা
2012 সালে, সামির এফ. মাহমুদ এবং আয়েদ আর. আল আজমি কার্বন ন্যানোটিউবগুলির উপর ভিত্তি করে একটি নতুন টেরাহার্টজ অ্যান্টেনা কাঠামোর প্রস্তাব করেছিলেন, যা দুটি অস্তরক স্তরে মোড়ানো কার্বন ন্যানোটিউবের একটি বান্ডিল নিয়ে গঠিত। অভ্যন্তরীণ অস্তরক স্তর একটি অস্তরক ফেনা স্তর, এবং বাইরের অস্তরক স্তর একটি মেটামেটেরিয়াল স্তর। নির্দিষ্ট কাঠামো চিত্র 11-এ দেখানো হয়েছে। পরীক্ষার মাধ্যমে, একক-প্রাচীরযুক্ত কার্বন ন্যানোটিউবের তুলনায় অ্যান্টেনার বিকিরণ কর্মক্ষমতা উন্নত করা হয়েছে।
চিত্র 11 কার্বন ন্যানোটিউবের উপর ভিত্তি করে নতুন টেরাহার্টজ অ্যান্টেনা
উপরে প্রস্তাবিত নতুন উপাদান টেরাহার্টজ অ্যান্টেনাগুলি মূলত ত্রিমাত্রিক। অ্যান্টেনার ব্যান্ডউইথ উন্নত করতে এবং কনফর্মাল অ্যান্টেনা তৈরি করার জন্য, প্ল্যানার গ্রাফিন অ্যান্টেনাগুলি ব্যাপক মনোযোগ পেয়েছে। গ্রাফিনের চমৎকার গতিশীল ক্রমাগত নিয়ন্ত্রণ বৈশিষ্ট্য রয়েছে এবং এটি বায়াস ভোল্টেজ সামঞ্জস্য করে পৃষ্ঠের প্লাজমা তৈরি করতে পারে। ধনাত্মক অস্তরক ধ্রুবক সাবস্ট্রেট (যেমন Si, SiO2, ইত্যাদি) এবং নেতিবাচক অস্তরক ধ্রুবক সাবস্ট্রেটের (যেমন মূল্যবান ধাতু, গ্রাফিন, ইত্যাদি) মধ্যে ইন্টারফেসে সারফেস প্লাজমা বিদ্যমান। মূল্যবান ধাতু এবং গ্রাফিনের মতো পরিবাহীতে প্রচুর পরিমাণে "মুক্ত ইলেকট্রন" রয়েছে। এই মুক্ত ইলেকট্রনগুলিকে প্লাজমাও বলা হয়। কন্ডাক্টরের অন্তর্নিহিত সম্ভাব্য ক্ষেত্রের কারণে, এই প্লাজমাগুলি একটি স্থিতিশীল অবস্থায় রয়েছে এবং বাইরের বিশ্বের দ্বারা বিরক্ত হয় না। ঘটনা ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গ শক্তি যখন এই প্লাজমাগুলির সাথে মিলিত হয়, তখন প্লাজমাগুলি স্থির অবস্থা থেকে বিচ্যুত হবে এবং কম্পন করবে। রূপান্তরের পরে, ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক মোড ইন্টারফেসে একটি তির্যক চৌম্বকীয় তরঙ্গ গঠন করে। ড্রুড মডেল দ্বারা ধাতব পৃষ্ঠের প্লাজমার বিচ্ছুরণ সম্পর্কের বর্ণনা অনুসারে, ধাতুগুলি স্বাভাবিকভাবে মুক্ত স্থানে তড়িৎ চৌম্বকীয় তরঙ্গের সাথে মিলিত হতে পারে না এবং শক্তিকে রূপান্তর করতে পারে না। পৃষ্ঠ প্লাজমা তরঙ্গ উত্তেজিত করতে অন্যান্য উপকরণ ব্যবহার করা প্রয়োজন। ধাতব-সাবস্ট্রেট ইন্টারফেসের সমান্তরাল দিকে পৃষ্ঠের প্লাজমা তরঙ্গ দ্রুত ক্ষয় হয়। যখন ধাতব পরিবাহী পৃষ্ঠের লম্ব দিকে সঞ্চালিত হয়, তখন একটি ত্বকের প্রভাব ঘটে। স্পষ্টতই, অ্যান্টেনার ছোট আকারের কারণে, উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ডে একটি ত্বকের প্রভাব রয়েছে, যার কারণে অ্যান্টেনার কার্যকারিতা দ্রুত হ্রাস পায় এবং টেরাহার্টজ অ্যান্টেনার প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে পারে না। গ্রাফিনের পৃষ্ঠের প্লাজমনে কেবল উচ্চ বাঁধাই শক্তি এবং কম ক্ষতিই নেই, তবে অবিচ্ছিন্ন বৈদ্যুতিক টিউনিংকেও সমর্থন করে। এছাড়াও, টেরাহার্টজ ব্যান্ডে গ্রাফিনের জটিল পরিবাহিতা রয়েছে। অতএব, ধীর তরঙ্গ প্রচার টেরাহার্টজ ফ্রিকোয়েন্সিতে প্লাজমা মোডের সাথে সম্পর্কিত। এই বৈশিষ্ট্যগুলি টেরাহার্টজ ব্যান্ডে ধাতব পদার্থ প্রতিস্থাপনের জন্য গ্রাফিনের সম্ভাব্যতা সম্পূর্ণরূপে প্রদর্শন করে।
গ্রাফিন পৃষ্ঠের প্লাজমনের মেরুকরণ আচরণের উপর ভিত্তি করে, চিত্র 12 একটি নতুন ধরণের স্ট্রিপ অ্যান্টেনা দেখায় এবং গ্রাফিনে প্লাজমা তরঙ্গের প্রচার বৈশিষ্ট্যের ব্যান্ড আকার প্রস্তাব করে। টিউনেবল অ্যান্টেনা ব্যান্ডের নকশা নতুন উপাদান টেরাহার্টজ অ্যান্টেনার বংশবিস্তার বৈশিষ্ট্য অধ্যয়ন করার একটি নতুন উপায় প্রদান করে।
চিত্র 12 নতুন স্ট্রিপ অ্যান্টেনা
ইউনিট নতুন উপাদান টেরাহার্টজ অ্যান্টেনা উপাদানগুলি অন্বেষণ করার পাশাপাশি, গ্রাফিন ন্যানোপ্যাচ টেরাহার্টজ অ্যান্টেনাগুলিকে টেরাহার্টজ মাল্টি-ইনপুট মাল্টি-আউটপুট অ্যান্টেনা যোগাযোগ ব্যবস্থা তৈরি করার জন্য অ্যারে হিসাবে ডিজাইন করা যেতে পারে। অ্যান্টেনার গঠন চিত্র 13-এ দেখানো হয়েছে। গ্রাফিন ন্যানোপ্যাচ অ্যান্টেনার অনন্য বৈশিষ্ট্যের উপর ভিত্তি করে, অ্যান্টেনার উপাদানগুলির মাইক্রন-স্কেল মাত্রা রয়েছে। রাসায়নিক বাষ্প জমা সরাসরি একটি পাতলা নিকেল স্তরে বিভিন্ন গ্রাফিন চিত্রকে সংশ্লেষিত করে এবং সেগুলিকে যে কোনও স্তরে স্থানান্তর করে। উপযুক্ত সংখ্যক উপাদান নির্বাচন করে এবং ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক বায়াস ভোল্টেজ পরিবর্তন করে, বিকিরণ দিক কার্যকরভাবে পরিবর্তন করা যেতে পারে, সিস্টেমটিকে পুনরায় কনফিগারযোগ্য করে তোলে।
চিত্র 13 গ্রাফিন ন্যানোপ্যাচ টেরাহার্টজ অ্যান্টেনা অ্যারে
নতুন উপকরণ গবেষণা একটি অপেক্ষাকৃত নতুন দিক. উপকরণের উদ্ভাবন ঐতিহ্যগত অ্যান্টেনার সীমাবদ্ধতা ভেঙ্গে এবং বিভিন্ন ধরনের নতুন অ্যান্টেনা তৈরি করবে বলে আশা করা হচ্ছে, যেমন পুনর্বিন্যাসযোগ্য মেটামেটেরিয়াল, দ্বি-মাত্রিক (2D) উপকরণ ইত্যাদি। তবে, এই ধরনের অ্যান্টেনা প্রধানত নতুনের উদ্ভাবনের উপর নির্ভর করে। উপকরণ এবং প্রক্রিয়া প্রযুক্তির অগ্রগতি। যাই হোক না কেন, টেরাহার্টজ অ্যান্টেনাগুলির বিকাশের জন্য উদ্ভাবনী উপকরণ, সুনির্দিষ্ট প্রক্রিয়াকরণ প্রযুক্তি এবং অভিনব নকশা কাঠামোর প্রয়োজন যাতে উচ্চ লাভ, কম খরচে এবং টেরাহার্টজ অ্যান্টেনার প্রশস্ত ব্যান্ডউইথের প্রয়োজনীয়তা মেটাতে হয়।
নিম্নলিখিতটি তিন ধরনের টেরাহার্টজ অ্যান্টেনার মূল নীতিগুলি উপস্থাপন করে: ধাতব অ্যান্টেনা, অস্তরক অ্যান্টেনা এবং নতুন উপাদান অ্যান্টেনা, এবং তাদের পার্থক্য এবং সুবিধা এবং অসুবিধাগুলি বিশ্লেষণ করে।
1. মেটাল অ্যান্টেনা: জ্যামিতি সহজ, প্রক্রিয়া করা সহজ, অপেক্ষাকৃত কম খরচে, এবং সাবস্ট্রেট উপকরণের জন্য কম প্রয়োজনীয়তা। যাইহোক, ধাতব অ্যান্টেনাগুলি অ্যান্টেনার অবস্থান সামঞ্জস্য করার জন্য একটি যান্ত্রিক পদ্ধতি ব্যবহার করে, যা ত্রুটির প্রবণ। সমন্বয় সঠিক না হলে, অ্যান্টেনার কর্মক্ষমতা ব্যাপকভাবে হ্রাস করা হবে। যদিও ধাতব অ্যান্টেনা আকারে ছোট, এটি একটি প্ল্যানার সার্কিটের সাথে একত্রিত করা কঠিন।
2. অস্তরক অ্যান্টেনা: অস্তরক অ্যান্টেনার একটি কম ইনপুট প্রতিবন্ধকতা রয়েছে, এটি একটি কম প্রতিবন্ধক সনাক্তকারীর সাথে মেলানো সহজ এবং একটি প্ল্যানার সার্কিটের সাথে সংযোগ করা তুলনামূলকভাবে সহজ। অস্তরক অ্যান্টেনার জ্যামিতিক আকারের মধ্যে রয়েছে প্রজাপতির আকৃতি, ডবল ইউ আকৃতি, প্রচলিত লগারিদমিক আকৃতি এবং লগারিদমিক পর্যায়ক্রমিক সাইন আকৃতি। যাইহোক, ডাইলেক্ট্রিক অ্যান্টেনারও একটি মারাত্মক ত্রুটি রয়েছে, যথা পুরু স্তর দ্বারা সৃষ্ট পৃষ্ঠ তরঙ্গ প্রভাব। সমাধান হল একটি লেন্স লোড করা এবং ডাইলেকট্রিক সাবস্ট্রেটকে একটি EBG কাঠামো দিয়ে প্রতিস্থাপন করা। উভয় সমাধানের জন্য উদ্ভাবন এবং প্রক্রিয়া প্রযুক্তি এবং উপকরণগুলির ক্রমাগত উন্নতি প্রয়োজন, তবে তাদের চমৎকার কর্মক্ষমতা (যেমন সর্বমুখীতা এবং পৃষ্ঠ তরঙ্গ দমন) টেরাহার্টজ অ্যান্টেনার গবেষণার জন্য নতুন ধারণা প্রদান করতে পারে।
3. নতুন উপাদানের অ্যান্টেনা: বর্তমানে, কার্বন ন্যানোটিউব দিয়ে তৈরি নতুন ডাইপোল অ্যান্টেনা এবং মেটাম্যাটেরিয়ালের তৈরি নতুন অ্যান্টেনা কাঠামো উপস্থিত হয়েছে। নতুন উপকরণ নতুন কর্মক্ষমতা ব্রেকথ্রু আনতে পারে, কিন্তু ভিত্তি হল উপকরণ বিজ্ঞানের উদ্ভাবন। বর্তমানে, নতুন উপাদান অ্যান্টেনা গবেষণা এখনও অন্বেষণ পর্যায়ে আছে, এবং অনেক মূল প্রযুক্তি যথেষ্ট পরিপক্ক নয়।
সংক্ষেপে, ডিজাইনের প্রয়োজনীয়তা অনুসারে বিভিন্ন ধরণের টেরাহার্টজ অ্যান্টেনা নির্বাচন করা যেতে পারে:
1) যদি সহজ নকশা এবং কম উত্পাদন খরচ প্রয়োজন হয়, ধাতু অ্যান্টেনা নির্বাচন করা যেতে পারে.
2) উচ্চ ইন্টিগ্রেশন এবং কম ইনপুট প্রতিবন্ধকতা প্রয়োজন হলে, অস্তরক অ্যান্টেনা নির্বাচন করা যেতে পারে।
3) কর্মক্ষমতা একটি যুগান্তকারী প্রয়োজন হলে, নতুন উপাদান অ্যান্টেনা নির্বাচন করা যেতে পারে.
উপরের ডিজাইনগুলিও নির্দিষ্ট প্রয়োজনীয়তা অনুসারে সামঞ্জস্য করা যেতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, আরও সুবিধা পেতে দুটি ধরণের অ্যান্টেনা একত্রিত করা যেতে পারে, তবে সমাবেশ পদ্ধতি এবং নকশা প্রযুক্তি অবশ্যই আরও কঠোর প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে হবে।
অ্যান্টেনা সম্পর্কে আরও জানতে, অনুগ্রহ করে এখানে যান:
পোস্টের সময়: আগস্ট-০২-২০২৪
