ওয়্যারলেস ডিভাইসের ক্রমবর্ধমান জনপ্রিয়তার সাথে সাথে, ডেটা পরিষেবাগুলি দ্রুত বিকাশের একটি নতুন যুগে প্রবেশ করেছে, যা ডেটা পরিষেবার বিস্ফোরক বৃদ্ধি নামেও পরিচিত। বর্তমানে, প্রচুর সংখ্যক অ্যাপ্লিকেশন ধীরে ধীরে কম্পিউটার থেকে মোবাইল ফোনের মতো ওয়্যারলেস ডিভাইসে স্থানান্তরিত হচ্ছে যা রিয়েল টাইমে বহন এবং পরিচালনা করা সহজ, তবে এই পরিস্থিতি ডেটা ট্র্যাফিকের দ্রুত বৃদ্ধি এবং ব্যান্ডউইথ রিসোর্সের ঘাটতির দিকেও পরিচালিত করেছে। পরিসংখ্যান অনুসারে, বাজারে ডেটা হার আগামী 10 থেকে 15 বছরে Gbps বা এমনকি Tbps-এ পৌঁছাতে পারে। বর্তমানে, THz যোগাযোগ একটি Gbps ডেটা হারে পৌঁছেছে, যখন Tbps ডেটা হার এখনও বিকাশের প্রাথমিক পর্যায়ে রয়েছে। একটি সম্পর্কিত গবেষণাপত্র THz ব্যান্ডের উপর ভিত্তি করে Gbps ডেটা হারের সর্বশেষ অগ্রগতি তালিকাভুক্ত করে এবং ভবিষ্যদ্বাণী করে যে পোলারাইজেশন মাল্টিপ্লেক্সিংয়ের মাধ্যমে Tbps পাওয়া যেতে পারে। অতএব, ডেটা ট্রান্সমিশন হার বাড়ানোর জন্য, একটি সম্ভাব্য সমাধান হল একটি নতুন ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ড তৈরি করা, যা টেরাহার্টজ ব্যান্ড, যা মাইক্রোওয়েভ এবং ইনফ্রারেড আলোর মধ্যে "ফাঁকা এলাকায়" অবস্থিত। ২০১৯ সালে আইটিইউ ওয়ার্ল্ড রেডিওকমিউনিকেশন কনফারেন্সে (ডব্লিউআরসি-১৯) স্থির এবং স্থল মোবাইল পরিষেবার জন্য ২৭৫-৪৫০ গিগাহার্টজ ফ্রিকোয়েন্সি রেঞ্জ ব্যবহার করা হয়েছে। দেখা যাচ্ছে যে টেরাহার্টজ ওয়্যারলেস যোগাযোগ ব্যবস্থা অনেক গবেষকের দৃষ্টি আকর্ষণ করেছে।
টেরাহার্টজ তড়িৎ চৌম্বকীয় তরঙ্গকে সাধারণত 0.1-10THz (1THz=1012Hz) ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ড হিসেবে সংজ্ঞায়িত করা হয় যার তরঙ্গদৈর্ঘ্য 0.03-3 মিমি। IEEE মান অনুসারে, টেরাহার্টজ তরঙ্গকে 0.3-10THz হিসেবে সংজ্ঞায়িত করা হয়েছে। চিত্র 1 দেখায় যে টেরাহার্টজ ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ড মাইক্রোওয়েভ এবং ইনফ্রারেড আলোর মধ্যে অবস্থিত।
চিত্র ১: THz ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ডের পরিকল্পিত চিত্র।
টেরাহার্টজ অ্যান্টেনার উন্নয়ন
যদিও টেরাহার্টজ গবেষণা ঊনবিংশ শতাব্দীতে শুরু হয়েছিল, তবুও সেই সময়ে এটি একটি স্বাধীন ক্ষেত্র হিসেবে অধ্যয়ন করা হয়নি। টেরাহার্টজ বিকিরণের গবেষণা মূলত দূর-ইনফ্রারেড ব্যান্ডের উপর কেন্দ্রীভূত ছিল। বিংশ শতাব্দীর মাঝামাঝি থেকে শেষের দিকে গবেষকরা মিলিমিটার তরঙ্গ গবেষণাকে টেরাহার্টজ ব্যান্ডে উন্নীত করতে এবং বিশেষায়িত টেরাহার্টজ প্রযুক্তি গবেষণা পরিচালনা করতে শুরু করেন।
১৯৮০-এর দশকে, টেরাহার্টজ বিকিরণ উৎসের আবির্ভাবের ফলে ব্যবহারিক ব্যবস্থায় টেরাহার্টজ তরঙ্গের প্রয়োগ সম্ভব হয়েছিল। একবিংশ শতাব্দী থেকে, ওয়্যারলেস যোগাযোগ প্রযুক্তি দ্রুত বিকশিত হয়েছে, এবং তথ্যের জন্য মানুষের চাহিদা এবং যোগাযোগ সরঞ্জামের বৃদ্ধি যোগাযোগের তথ্যের সংক্রমণ হারের উপর আরও কঠোর প্রয়োজনীয়তা তৈরি করেছে। অতএব, ভবিষ্যতের যোগাযোগ প্রযুক্তির অন্যতম চ্যালেঞ্জ হল এক স্থানে প্রতি সেকেন্ডে গিগাবিটের উচ্চ ডেটা হারে কাজ করা। বর্তমান অর্থনৈতিক উন্নয়নের অধীনে, স্পেকট্রাম সম্পদ ক্রমশ দুষ্প্রাপ্য হয়ে উঠেছে। তবে, যোগাযোগ ক্ষমতা এবং গতির জন্য মানুষের প্রয়োজনীয়তা অসীম। স্পেকট্রাম কনজেশনের সমস্যার জন্য, অনেক কোম্পানি স্থানিক মাল্টিপ্লেক্সিংয়ের মাধ্যমে স্পেকট্রাম দক্ষতা এবং সিস্টেম ক্ষমতা উন্নত করতে মাল্টিপল-ইনপুট মাল্টিপল-আউটপুট (MIMO) প্রযুক্তি ব্যবহার করে। 5G নেটওয়ার্কের অগ্রগতির সাথে সাথে, প্রতিটি ব্যবহারকারীর ডেটা সংযোগের গতি Gbps ছাড়িয়ে যাবে এবং বেস স্টেশনগুলির ডেটা ট্র্যাফিকও উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পাবে। ঐতিহ্যবাহী মিলিমিটার তরঙ্গ যোগাযোগ ব্যবস্থার জন্য, মাইক্রোওয়েভ লিঙ্কগুলি এই বিশাল ডেটা স্ট্রিমগুলি পরিচালনা করতে সক্ষম হবে না। উপরন্তু, দৃষ্টি রেখার প্রভাবের কারণে, ইনফ্রারেড যোগাযোগের ট্রান্সমিশন দূরত্ব কম থাকে এবং এর যোগাযোগ সরঞ্জামের অবস্থান স্থির থাকে। অতএব, মাইক্রোওয়েভ এবং ইনফ্রারেডের মধ্যে অবস্থিত THz তরঙ্গগুলি THz লিঙ্ক ব্যবহার করে উচ্চ-গতির যোগাযোগ ব্যবস্থা তৈরি করতে এবং ডেটা ট্রান্সমিশন হার বৃদ্ধি করতে ব্যবহার করা যেতে পারে।
টেরাহার্টজ তরঙ্গ একটি বৃহত্তর যোগাযোগ ব্যান্ডউইথ প্রদান করতে পারে এবং এর ফ্রিকোয়েন্সি রেঞ্জ মোবাইল যোগাযোগের তুলনায় প্রায় ১০০০ গুণ বেশি। অতএব, অতি-উচ্চ-গতির ওয়্যারলেস যোগাযোগ ব্যবস্থা তৈরিতে THz ব্যবহার করা উচ্চ ডেটা হারের চ্যালেঞ্জের একটি প্রতিশ্রুতিশীল সমাধান, যা অনেক গবেষণা দল এবং শিল্পের আগ্রহ আকর্ষণ করেছে। ২০১৭ সালের সেপ্টেম্বরে, প্রথম THz ওয়্যারলেস যোগাযোগ মান IEEE 802.15.3d-2017 প্রকাশিত হয়েছিল, যা ২৫২-৩২৫ GHz এর নিম্ন THz ফ্রিকোয়েন্সি রেঞ্জে পয়েন্ট-টু-পয়েন্ট ডেটা এক্সচেঞ্জকে সংজ্ঞায়িত করে। লিঙ্কের বিকল্প ভৌত স্তর (PHY) বিভিন্ন ব্যান্ডউইথের উপর ১০০ Gbps পর্যন্ত ডেটা রেট অর্জন করতে পারে।
০.১২ THz এর প্রথম সফল THz যোগাযোগ ব্যবস্থা ২০০৪ সালে প্রতিষ্ঠিত হয়েছিল এবং ০.৩ THz এর THz যোগাযোগ ব্যবস্থা ২০১৩ সালে বাস্তবায়িত হয়েছিল। সারণি ১-এ ২০০৪ থেকে ২০১৩ সাল পর্যন্ত জাপানে টেরাহার্টজ যোগাযোগ ব্যবস্থার গবেষণা অগ্রগতি তালিকাভুক্ত করা হয়েছে।
সারণি ১ ২০০৪ থেকে ২০১৩ সাল পর্যন্ত জাপানে টেরাহার্টজ যোগাযোগ ব্যবস্থার গবেষণা অগ্রগতি
২০০৪ সালে বিকশিত একটি যোগাযোগ ব্যবস্থার অ্যান্টেনা কাঠামোটি ২০০৫ সালে নিপ্পন টেলিগ্রাফ এবং টেলিফোন কর্পোরেশন (এনটিটি) দ্বারা বিশদভাবে বর্ণনা করা হয়েছিল। চিত্র ২-এ দেখানো হয়েছে, দুটি ক্ষেত্রে অ্যান্টেনা কনফিগারেশন চালু করা হয়েছিল।
চিত্র ২ জাপানের NTT ১২০ GHz ওয়্যারলেস যোগাযোগ ব্যবস্থার পরিকল্পিত চিত্র
সিস্টেমটি আলোক-বৈদ্যুতিক রূপান্তর এবং অ্যান্টেনাকে একীভূত করে এবং দুটি কার্যকরী মোড গ্রহণ করে:
১. ঘনিষ্ঠ পরিসরের অভ্যন্তরীণ পরিবেশে, অভ্যন্তরীণভাবে ব্যবহৃত প্ল্যানার অ্যান্টেনা ট্রান্সমিটারে একটি একক-লাইন ক্যারিয়ার ফটোডায়োড (UTC-PD) চিপ, একটি প্ল্যানার স্লট অ্যান্টেনা এবং একটি সিলিকন লেন্স থাকে, যেমনটি চিত্র ২(ক) তে দেখানো হয়েছে।
2. দূরপাল্লার বাইরের পরিবেশে, বৃহৎ ট্রান্সমিশন ক্ষতি এবং ডিটেক্টরের কম সংবেদনশীলতার প্রভাব উন্নত করার জন্য, ট্রান্সমিটার অ্যান্টেনার উচ্চ লাভ থাকা আবশ্যক। বিদ্যমান টেরাহার্টজ অ্যান্টেনা 50 dBi-এর বেশি লাভ সহ একটি গাউসিয়ান অপটিক্যাল লেন্স ব্যবহার করে। ফিড হর্ন এবং ডাইইলেক্ট্রিক লেন্সের সংমিশ্রণ চিত্র 2(b) এ দেখানো হয়েছে।
০.১২ THz যোগাযোগ ব্যবস্থা তৈরির পাশাপাশি, NTT ২০১২ সালে ০.৩THz যোগাযোগ ব্যবস্থাও তৈরি করে। ক্রমাগত অপ্টিমাইজেশনের মাধ্যমে, ট্রান্সমিশন রেট ১০০Gbps পর্যন্ত হতে পারে। টেবিল ১ থেকে দেখা যাচ্ছে, এটি টেরাহার্টজ যোগাযোগের উন্নয়নে একটি দুর্দান্ত অবদান রেখেছে। তবে, বর্তমান গবেষণা কাজের অসুবিধাগুলি হল কম অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সি, বড় আকার এবং উচ্চ ব্যয়।
বর্তমানে ব্যবহৃত বেশিরভাগ টেরাহার্টজ অ্যান্টেনা মিলিমিটার ওয়েভ অ্যান্টেনা থেকে পরিবর্তিত, এবং টেরাহার্টজ অ্যান্টেনাগুলিতে খুব কমই নতুনত্ব রয়েছে। অতএব, টেরাহার্টজ যোগাযোগ ব্যবস্থার কর্মক্ষমতা উন্নত করার জন্য, একটি গুরুত্বপূর্ণ কাজ হল টেরাহার্টজ অ্যান্টেনাগুলিকে অপ্টিমাইজ করা। সারণি 2 জার্মান THz যোগাযোগের গবেষণার অগ্রগতি তালিকাভুক্ত করে। চিত্র 3 (a) ফোটোনিক্স এবং ইলেকট্রনিক্সের সমন্বয়ে একটি প্রতিনিধিত্বমূলক THz ওয়্যারলেস যোগাযোগ ব্যবস্থা দেখায়। চিত্র 3 (b) বায়ু টানেল পরীক্ষার দৃশ্য দেখায়। জার্মানির বর্তমান গবেষণা পরিস্থিতি থেকে বিচার করলে, এর গবেষণা এবং উন্নয়নের অসুবিধাগুলিও রয়েছে যেমন কম অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সি, উচ্চ খরচ এবং কম দক্ষতা।
সারণী ২ জার্মানিতে THz যোগাযোগের গবেষণা অগ্রগতি
চিত্র ৩ বায়ু সুড়ঙ্গ পরীক্ষার দৃশ্য
CSIRO ICT সেন্টার THz ইনডোর ওয়্যারলেস কমিউনিকেশন সিস্টেমের উপরও গবেষণা শুরু করেছে। কেন্দ্রটি বছর এবং যোগাযোগ ফ্রিকোয়েন্সির মধ্যে সম্পর্ক অধ্যয়ন করেছে, যেমন চিত্র 4 এ দেখানো হয়েছে। চিত্র 4 থেকে দেখা যাচ্ছে, 2020 সালের মধ্যে, ওয়্যারলেস কমিউনিকেশনের উপর গবেষণা THz ব্যান্ডের দিকে ঝুঁকে পড়ে। রেডিও স্পেকট্রাম ব্যবহার করে সর্বাধিক যোগাযোগ ফ্রিকোয়েন্সি প্রতি বিশ বছরে প্রায় দশ গুণ বৃদ্ধি পায়। কেন্দ্রটি THz অ্যান্টেনার প্রয়োজনীয়তা সম্পর্কে সুপারিশ করেছে এবং THz যোগাযোগ ব্যবস্থার জন্য হর্ন এবং লেন্সের মতো ঐতিহ্যবাহী অ্যান্টেনার প্রস্তাব করেছে। চিত্র 5 এ দেখানো হয়েছে, দুটি হর্ন অ্যান্টেনা যথাক্রমে 0.84THz এবং 1.7THz এ কাজ করে, একটি সহজ গঠন এবং ভাল গাউসিয়ান বিম কর্মক্ষমতা সহ।
চিত্র ৪ বছর এবং ফ্রিকোয়েন্সির মধ্যে সম্পর্ক
আরএম-বিডিএইচএ৮১৮-২০এ
RM-DCPHA105145-20 লক্ষ্য করুন
চিত্র ৫ দুই ধরণের হর্ন অ্যান্টেনা
মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র টেরাহার্টজ তরঙ্গ নির্গমন এবং সনাক্তকরণের উপর ব্যাপক গবেষণা চালিয়েছে। বিখ্যাত টেরাহার্টজ গবেষণাগারগুলির মধ্যে রয়েছে জেট প্রোপালশন ল্যাবরেটরি (JPL), স্ট্যানফোর্ড লিনিয়ার অ্যাক্সিলারেটর সেন্টার (SLAC), মার্কিন জাতীয় পরীক্ষাগার (LLNL), ন্যাশনাল অ্যারোনটিক্স অ্যান্ড স্পেস অ্যাডমিনিস্ট্রেশন (NASA), ন্যাশনাল সায়েন্স ফাউন্ডেশন (NSF) ইত্যাদি। টেরাহার্টজ অ্যাপ্লিকেশনের জন্য নতুন টেরাহার্টজ অ্যান্টেনা ডিজাইন করা হয়েছে, যেমন বাউটি 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 ৬ টেরাহার্টজ অ্যান্টেনার জন্য তিনটি মৌলিক নকশা ধারণা
উপরের বিশ্লেষণ থেকে দেখা যায় যে যদিও অনেক দেশ টেরাহার্টজ অ্যান্টেনার প্রতি যথেষ্ট মনোযোগ দিয়েছে, তবুও এটি এখনও প্রাথমিক অনুসন্ধান এবং উন্নয়ন পর্যায়ে রয়েছে। উচ্চ প্রচার ক্ষতি এবং আণবিক শোষণের কারণে, THz অ্যান্টেনা সাধারণত ট্রান্সমিশন দূরত্ব এবং কভারেজ দ্বারা সীমাবদ্ধ থাকে। কিছু গবেষণায় THz ব্যান্ডের কম অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সির উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করা হয়েছে। বিদ্যমান টেরাহার্টজ অ্যান্টেনা গবেষণা মূলত ডাইইলেক্ট্রিক লেন্স অ্যান্টেনা ইত্যাদি ব্যবহার করে লাভ উন্নত করার উপর এবং উপযুক্ত অ্যালগরিদম ব্যবহার করে যোগাযোগ দক্ষতা উন্নত করার উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করে। এছাড়াও, টেরাহার্টজ অ্যান্টেনা প্যাকেজিংয়ের দক্ষতা কীভাবে উন্নত করা যায় তাও একটি অত্যন্ত জরুরি বিষয়।
সাধারণ THz অ্যান্টেনা
অনেক ধরণের THz অ্যান্টেনা পাওয়া যায়: শঙ্কুযুক্ত গহ্বরযুক্ত ডাইপোল অ্যান্টেনা, কোণার প্রতিফলক অ্যারে, বাউটি ডাইপোল, ডাইইলেক্ট্রিক লেন্স প্ল্যানার অ্যান্টেনা, THz উৎস বিকিরণ উৎস তৈরির জন্য ফটোকন্ডাক্টিভ অ্যান্টেনা, হর্ন অ্যান্টেনা, গ্রাফিন উপকরণের উপর ভিত্তি করে THz অ্যান্টেনা ইত্যাদি। THz অ্যান্টেনা তৈরিতে ব্যবহৃত উপকরণ অনুসারে, এগুলিকে মোটামুটিভাবে ধাতব অ্যান্টেনা (প্রধানত হর্ন অ্যান্টেনা), ডাইইলেক্ট্রিক অ্যান্টেনা (লেন্স অ্যান্টেনা) এবং নতুন উপাদান অ্যান্টেনায় ভাগ করা যেতে পারে। এই বিভাগে প্রথমে এই অ্যান্টেনার প্রাথমিক বিশ্লেষণ দেওয়া হয় এবং তারপরে পরবর্তী বিভাগে, পাঁচটি সাধারণ THz অ্যান্টেনা বিস্তারিতভাবে উপস্থাপন করা হয় এবং গভীরভাবে বিশ্লেষণ করা হয়।
১. ধাতব অ্যান্টেনা
হর্ন অ্যান্টেনা হল একটি সাধারণ ধাতব অ্যান্টেনা যা THz ব্যান্ডে কাজ করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। একটি ক্লাসিক মিলিমিটার ওয়েভ রিসিভারের অ্যান্টেনা হল একটি শঙ্কুযুক্ত হর্ন। ঢেউতোলা এবং ডুয়াল-মোড অ্যান্টেনার অনেক সুবিধা রয়েছে, যার মধ্যে রয়েছে ঘূর্ণনগতভাবে প্রতিসম বিকিরণ ধরণ, 20 থেকে 30 dBi এর উচ্চ লাভ এবং -30 dB এর নিম্ন ক্রস-পোলারাইজেশন স্তর এবং 97% থেকে 98% এর সংযোগ 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 হর্ন প্রক্রিয়াকরণকে খুব কঠিন করে তোলে, বিশেষ করে অ্যান্টেনা অ্যারের নকশায়, এবং প্রক্রিয়াকরণ প্রযুক্তির জটিলতার কারণে অতিরিক্ত খরচ এবং সীমিত উৎপাদন হয়। জটিল হর্ন ডিজাইনের নীচের অংশ তৈরিতে অসুবিধার কারণে, সাধারণত শঙ্কুযুক্ত বা শঙ্কুযুক্ত হর্ন আকারে একটি সাধারণ হর্ন অ্যান্টেনা ব্যবহার করা হয়, যা খরচ এবং প্রক্রিয়া জটিলতা কমাতে পারে এবং অ্যান্টেনার বিকিরণ কর্মক্ষমতা ভালভাবে বজায় রাখা যায়।
আরেকটি ধাতব অ্যান্টেনা হল একটি ট্র্যাভেলিং ওয়েভ পিরামিড অ্যান্টেনা, যা একটি ট্র্যাভেলিং ওয়েভ অ্যান্টেনা নিয়ে গঠিত যা ১.২ মাইক্রন ডাইইলেক্ট্রিক ফিল্মের উপর সংযুক্ত এবং একটি সিলিকন ওয়েফারের উপর খোদাই করা একটি অনুদৈর্ঘ্য গহ্বরে ঝুলে থাকে, যেমন চিত্র ৭-এ দেখানো হয়েছে। এই অ্যান্টেনা একটি উন্মুক্ত কাঠামো যা স্কটকি ডায়োডের সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ। এর তুলনামূলকভাবে সহজ কাঠামো এবং কম উৎপাদন প্রয়োজনীয়তার কারণে, এটি সাধারণত ০.৬ THz এর উপরে ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ডে ব্যবহার করা যেতে পারে। তবে, অ্যান্টেনার সাইডলোব স্তর এবং ক্রস-পোলারাইজেশন স্তর বেশি, সম্ভবত এর খোলা কাঠামোর কারণে। অতএব, এর সংযোগ দক্ষতা তুলনামূলকভাবে কম (প্রায় ৫০%)।
চিত্র ৭ ভ্রমণ তরঙ্গ পিরামিডাল অ্যান্টেনা
2. ডাইইলেকট্রিক অ্যান্টেনা
ডাইইলেকট্রিক অ্যান্টেনা হল একটি ডাইইলেকট্রিক সাবস্ট্রেট এবং একটি অ্যান্টেনা রেডিয়েটারের সংমিশ্রণ। সঠিক নকশার মাধ্যমে, ডাইইলেকট্রিক অ্যান্টেনা ডিটেক্টরের সাথে প্রতিবন্ধকতা ম্যাচিং অর্জন করতে পারে এবং এর সুবিধা হল সহজ প্রক্রিয়া, সহজ ইন্টিগ্রেশন এবং কম খরচ। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, গবেষকরা বেশ কয়েকটি ন্যারোব্যান্ড এবং ব্রডব্যান্ড সাইড-ফায়ার অ্যান্টেনা ডিজাইন করেছেন যা টেরাহার্টজ ডাইইলেকট্রিক অ্যান্টেনার কম-প্রতিবন্ধকতা ডিটেক্টরের সাথে মেলে: বাটারফ্লাই অ্যান্টেনা, ডাবল ইউ-আকৃতির অ্যান্টেনা, লগ-পিরিওডিক অ্যান্টেনা এবং লগ-পিরিওডিক সাইনোসয়েডাল অ্যান্টেনা, যেমন চিত্র 8-এ দেখানো হয়েছে। এছাড়াও, জেনেটিক অ্যালগরিদমের মাধ্যমে আরও জটিল অ্যান্টেনা জ্যামিতি ডিজাইন করা যেতে পারে।
চিত্র ৮ চার ধরণের প্ল্যানার অ্যান্টেনা
তবে, যেহেতু ডাইইলেকট্রিক অ্যান্টেনা একটি ডাইইলেকট্রিক সাবস্ট্রেটের সাথে মিলিত হয়, তাই যখন ফ্রিকোয়েন্সি THz ব্যান্ডের দিকে ঝুঁকে পড়ে তখন একটি পৃষ্ঠ তরঙ্গ প্রভাব দেখা দেয়। এই মারাত্মক অসুবিধার ফলে অ্যান্টেনা অপারেশন চলাকালীন প্রচুর শক্তি হারাতে পারে এবং অ্যান্টেনার বিকিরণ দক্ষতা উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পায়। চিত্র 9-এ দেখানো হয়েছে, যখন অ্যান্টেনার বিকিরণ কোণ কাটঅফ কোণের চেয়ে বেশি হয়, তখন এর শক্তি ডাইইলেকট্রিক সাবস্ট্রেটের মধ্যে সীমাবদ্ধ থাকে এবং সাবস্ট্রেট মোডের সাথে মিলিত হয়।
চিত্র 9 অ্যান্টেনা পৃষ্ঠ তরঙ্গ প্রভাব
সাবস্ট্রেটের পুরুত্ব বাড়ার সাথে সাথে হাই-অর্ডার মোডের সংখ্যা বৃদ্ধি পায় এবং অ্যান্টেনা এবং সাবস্ট্রেটের মধ্যে সংযোগ বৃদ্ধি পায়, যার ফলে শক্তির ক্ষতি হয়। পৃষ্ঠ তরঙ্গ প্রভাবকে দুর্বল করার জন্য, তিনটি অপ্টিমাইজেশন স্কিম রয়েছে:
১) ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গের বিমফর্মিং বৈশিষ্ট্য ব্যবহার করে লাভ বাড়ানোর জন্য অ্যান্টেনায় একটি লেন্স লোড করুন।
২) উচ্চ-মানের ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গের উৎপাদন দমন করতে সাবস্ট্রেটের পুরুত্ব কমিয়ে দিন।
৩) সাবস্ট্রেট ডাইইলেক্ট্রিক উপাদানকে একটি ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক ব্যান্ড গ্যাপ (EBG) দিয়ে প্রতিস্থাপন করুন। EBG-এর স্থানিক ফিল্টারিং বৈশিষ্ট্যগুলি উচ্চ-ক্রম মোডগুলিকে দমন করতে পারে।
৩. নতুন উপাদানযুক্ত অ্যান্টেনা
উপরের দুটি অ্যান্টেনা ছাড়াও, নতুন উপকরণ দিয়ে তৈরি একটি টেরাহার্টজ অ্যান্টেনাও রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, ২০০৬ সালে, জিন হাও এবং অন্যান্যরা একটি কার্বন ন্যানোটিউব ডাইপোল অ্যান্টেনার প্রস্তাব করেছিলেন। চিত্র ১০ (ক) তে দেখানো হয়েছে, ডাইপোলটি ধাতব পদার্থের পরিবর্তে কার্বন ন্যানোটিউব দিয়ে তৈরি। তিনি কার্বন ন্যানোটিউব ডাইপোল অ্যান্টেনার ইনফ্রারেড এবং অপটিক্যাল বৈশিষ্ট্যগুলি যত্ন সহকারে অধ্যয়ন করেছিলেন এবং সসীম-দৈর্ঘ্যের কার্বন ন্যানোটিউব ডাইপোল অ্যান্টেনার সাধারণ বৈশিষ্ট্যগুলি, যেমন ইনপুট প্রতিবন্ধকতা, বর্তমান বিতরণ, লাভ, দক্ষতা এবং বিকিরণ প্যাটার্ন নিয়ে আলোচনা করেছিলেন। চিত্র ১০ (খ) কার্বন ন্যানোটিউব ডাইপোল অ্যান্টেনার ইনপুট প্রতিবন্ধকতা এবং ফ্রিকোয়েন্সির মধ্যে সম্পর্ক দেখায়। চিত্র ১০ (খ) তে দেখা যাচ্ছে, ইনপুট প্রতিবন্ধকের 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 পরিসরের (নিম্ন THz ফ্রিকোয়েন্সি) মধ্যে অনুরণন প্রদর্শন করে, কিন্তু এই পরিসরের বাইরে অনুরণন করতে সম্পূর্ণ অক্ষম।
চিত্র ১০ (ক) কার্বন ন্যানোটিউব ডাইপোল অ্যান্টেনা। (খ) ইনপুট ইম্পিডেন্স-ফ্রিকোয়েন্সি বক্ররেখা
২০১২ সালে, সামির এফ. মাহমুদ এবং আয়েদ আর. আলআজমি কার্বন ন্যানোটিউবের উপর ভিত্তি করে একটি নতুন টেরাহার্টজ অ্যান্টেনা কাঠামো প্রস্তাব করেছিলেন, যা দুটি ডাইইলেক্ট্রিক স্তরে আবৃত কার্বন ন্যানোটিউবের একটি বান্ডিল নিয়ে গঠিত। অভ্যন্তরীণ ডাইইলেক্ট্রিক স্তরটি একটি ডাইইলেক্ট্রিক ফোম স্তর এবং বাইরের ডাইইলেক্ট্রিক স্তরটি একটি মেটামেটেরিয়াল স্তর। নির্দিষ্ট কাঠামোটি চিত্র ১১-এ দেখানো হয়েছে। পরীক্ষার মাধ্যমে, একক-প্রাচীরযুক্ত কার্বন ন্যানোটিউবের তুলনায় অ্যান্টেনার বিকিরণ কর্মক্ষমতা উন্নত করা হয়েছে।
চিত্র ১১ কার্বন ন্যানোটিউবের উপর ভিত্তি করে নতুন টেরাহার্টজ অ্যান্টেনা
উপরে প্রস্তাবিত নতুন উপাদানযুক্ত টেরাহার্টজ অ্যান্টেনাগুলি মূলত ত্রিমাত্রিক। অ্যান্টেনার ব্যান্ডউইথ উন্নত করতে এবং কনফর্মাল অ্যান্টেনা তৈরি করার জন্য, প্ল্যানার গ্রাফিন অ্যান্টেনাগুলি ব্যাপকভাবে মনোযোগ পেয়েছে। গ্রাফিনের চমৎকার গতিশীল অবিচ্ছিন্ন নিয়ন্ত্রণ বৈশিষ্ট্য রয়েছে এবং এটি পক্ষপাত ভোল্টেজ সামঞ্জস্য করে পৃষ্ঠ প্লাজমা তৈরি করতে পারে। পজিটিভ ডাইইলেক্ট্রিক ধ্রুবক সাবস্ট্রেট (যেমন Si, SiO2, ইত্যাদি) এবং নেতিবাচক ডাইইলেক্ট্রিক ধ্রুবক সাবস্ট্রেট (যেমন মূল্যবান ধাতু, গ্রাফিন, ইত্যাদি) এর মধ্যে ইন্টারফেসে পৃষ্ঠ প্লাজমা বিদ্যমান। মূল্যবান ধাতু এবং গ্রাফিনের মতো পরিবাহীগুলিতে প্রচুর পরিমাণে "মুক্ত ইলেকট্রন" থাকে। এই মুক্ত ইলেকট্রনগুলিকে প্লাজমাও বলা হয়। পরিবাহীতে অন্তর্নিহিত সম্ভাব্য ক্ষেত্রের কারণে, এই প্লাজমাগুলি একটি স্থিতিশীল অবস্থায় থাকে এবং বাইরের জগত দ্বারা বিরক্ত হয় না। যখন আপতিত তড়িৎ চৌম্বকীয় তরঙ্গ শক্তি এই প্লাজমার সাথে সংযুক্ত হয়, তখন প্লাজমাগুলি স্থির অবস্থা থেকে বিচ্যুত হয় এবং কম্পিত হয়। রূপান্তরের পরে, তড়িৎ চৌম্বকীয় মোড ইন্টারফেসে একটি ট্রান্সভার্স চৌম্বকীয় তরঙ্গ তৈরি করে। ড্রুড মডেল দ্বারা ধাতব পৃষ্ঠের প্লাজমার বিচ্ছুরণ সম্পর্কের বর্ণনা অনুসারে, ধাতুগুলি স্বাভাবিকভাবেই মুক্ত স্থানে তড়িৎ চৌম্বকীয় তরঙ্গের সাথে মিলিত হতে পারে না এবং শক্তি রূপান্তর করতে পারে না। পৃষ্ঠ প্লাজমা তরঙ্গকে উত্তেজিত করার জন্য অন্যান্য উপকরণ ব্যবহার করা প্রয়োজন। পৃষ্ঠ প্লাজমা তরঙ্গগুলি ধাতু-সাবস্ট্রেট ইন্টারফেসের সমান্তরাল দিকে দ্রুত ক্ষয়প্রাপ্ত হয়। যখন ধাতব পরিবাহী পৃষ্ঠের লম্ব দিকে সঞ্চালিত হয়, তখন একটি ত্বকের প্রভাব দেখা দেয়। স্পষ্টতই, অ্যান্টেনার ছোট আকারের কারণে, উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ডে একটি ত্বকের প্রভাব থাকে, যার ফলে অ্যান্টেনার কর্মক্ষমতা তীব্রভাবে হ্রাস পায় এবং টেরাহার্টজ অ্যান্টেনার প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে পারে না। গ্রাফিনের পৃষ্ঠ প্লাজমনে কেবল উচ্চতর বাঁধন বল এবং কম ক্ষতিই নয়, বরং ক্রমাগত 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 ১২ একটি নতুন ধরণের স্ট্রিপ অ্যান্টেনা দেখায় এবং গ্রাফিনে প্লাজমা তরঙ্গের প্রচার বৈশিষ্ট্যের ব্যান্ড আকৃতি প্রস্তাব করে। টিউনেবল অ্যান্টেনা ব্যান্ডের নকশা নতুন উপাদান টেরাহার্টজ অ্যান্টেনার প্রচার বৈশিষ্ট্য অধ্যয়নের জন্য একটি নতুন উপায় প্রদান করে।
চিত্র ১২ নতুন স্ট্রিপ অ্যান্টেনা
নতুন ইউনিট ম্যাটেরিয়াল টেরাহার্টজ অ্যান্টেনা উপাদান অন্বেষণের পাশাপাশি, গ্রাফিন ন্যানোপ্যাচ টেরাহার্টজ অ্যান্টেনাগুলিকে টেরাহার্টজ মাল্টি-ইনপুট মাল্টি-আউটপুট অ্যান্টেনা যোগাযোগ ব্যবস্থা তৈরির জন্য অ্যারে হিসাবেও ডিজাইন করা যেতে পারে। অ্যান্টেনার কাঠামো চিত্র 13-এ দেখানো হয়েছে। গ্রাফিন ন্যানোপ্যাচ অ্যান্টেনার অনন্য বৈশিষ্ট্যের উপর ভিত্তি করে, অ্যান্টেনার উপাদানগুলির মাইক্রোন-স্কেল মাত্রা রয়েছে। রাসায়নিক বাষ্প জমা সরাসরি একটি পাতলা নিকেল স্তরে বিভিন্ন গ্রাফিন চিত্র সংশ্লেষিত করে এবং সেগুলিকে যেকোনো সাবস্ট্রেটে স্থানান্তর করে। উপযুক্ত সংখ্যক উপাদান নির্বাচন করে এবং ইলেক্ট্রোস্ট্যাটিক বায়াস ভোল্টেজ পরিবর্তন করে, বিকিরণের দিক কার্যকরভাবে পরিবর্তন করা যেতে পারে, যা সিস্টেমটিকে পুনর্গঠনযোগ্য করে তোলে।
চিত্র ১৩ গ্রাফিন ন্যানোপ্যাচ টেরাহার্টজ অ্যান্টেনা অ্যারে
নতুন উপকরণের গবেষণা তুলনামূলকভাবে নতুন একটি দিক। উপকরণের উদ্ভাবন ঐতিহ্যবাহী অ্যান্টেনার সীমাবদ্ধতা ভেঙে বিভিন্ন ধরণের নতুন অ্যান্টেনা তৈরি করবে বলে আশা করা হচ্ছে, যেমন পুনর্গঠনযোগ্য মেটামেটেরিয়াল, দ্বি-মাত্রিক (2D) উপকরণ ইত্যাদি। তবে, এই ধরণের অ্যান্টেনা মূলত নতুন উপকরণের উদ্ভাবন এবং প্রক্রিয়া প্রযুক্তির অগ্রগতির উপর নির্ভর করে। যাই হোক না কেন, টেরাহার্টজ অ্যান্টেনার উন্নয়নের জন্য টেরাহার্টজ অ্যান্টেনার উচ্চ লাভ, কম খরচ এবং প্রশস্ত ব্যান্ডউইথের প্রয়োজনীয়তা পূরণের জন্য উদ্ভাবনী উপকরণ, সুনির্দিষ্ট প্রক্রিয়াকরণ প্রযুক্তি এবং অভিনব নকশা কাঠামো প্রয়োজন।
নিম্নলিখিতটি তিন ধরণের টেরাহার্টজ অ্যান্টেনার মৌলিক নীতিগুলি উপস্থাপন করে: ধাতব অ্যান্টেনা, ডাইইলেক্ট্রিক অ্যান্টেনা এবং নতুন উপাদান অ্যান্টেনা, এবং তাদের পার্থক্য এবং সুবিধা এবং অসুবিধাগুলি বিশ্লেষণ করে।
১. ধাতব অ্যান্টেনা: জ্যামিতিটি সহজ, প্রক্রিয়া করা সহজ, তুলনামূলকভাবে কম খরচ এবং সাবস্ট্রেট উপকরণের জন্য কম প্রয়োজনীয়তা। তবে, ধাতব অ্যান্টেনাগুলি অ্যান্টেনার অবস্থান সামঞ্জস্য করার জন্য একটি যান্ত্রিক পদ্ধতি ব্যবহার করে, যা ত্রুটির ঝুঁকিতে থাকে। যদি সমন্বয় সঠিক না হয়, তবে অ্যান্টেনার কর্মক্ষমতা ব্যাপকভাবে হ্রাস পাবে। ধাতব অ্যান্টেনা আকারে ছোট হলেও, এটি একটি সমতল সার্কিট দিয়ে একত্রিত করা কঠিন।
২. ডাইইলেকট্রিক অ্যান্টেনা: ডাইইলেকট্রিক অ্যান্টেনার ইনপুট ইম্পিডেন্স কম, কম ইম্পিডেন্স ডিটেক্টরের সাথে মেলানো সহজ এবং প্ল্যানার সার্কিটের সাথে সংযোগ করা তুলনামূলকভাবে সহজ। ডাইইলেকট্রিক অ্যান্টেনার জ্যামিতিক আকারের মধ্যে রয়েছে প্রজাপতির আকৃতি, ডাবল ইউ আকৃতি, প্রচলিত লগারিদমিক আকৃতি এবং লগারিদমিক পর্যায়ক্রমিক সাইন আকৃতি। তবে, ডাইইলেকট্রিক অ্যান্টেনার একটি মারাত্মক ত্রুটিও রয়েছে, যথা পুরু সাবস্ট্রেটের কারণে পৃষ্ঠ তরঙ্গ প্রভাব। সমাধান হল একটি লেন্স লোড করা এবং ডাইইলেকট্রিক সাবস্ট্রেটকে একটি EBG কাঠামো দিয়ে প্রতিস্থাপন করা। উভয় সমাধানের জন্যই উদ্ভাবন এবং প্রক্রিয়া প্রযুক্তি এবং উপকরণের ক্রমাগত উন্নতি প্রয়োজন, তবে তাদের চমৎকার কর্মক্ষমতা (যেমন সর্বমুখীতা এবং পৃষ্ঠ তরঙ্গ দমন) টেরাহার্টজ অ্যান্টেনার গবেষণার জন্য নতুন ধারণা প্রদান করতে পারে।
৩. নতুন উপাদান অ্যান্টেনা: বর্তমানে, কার্বন ন্যানোটিউব দিয়ে তৈরি নতুন ডাইপোল অ্যান্টেনা এবং মেটাম্যাটেরিয়াল দিয়ে তৈরি নতুন অ্যান্টেনা কাঠামো আবির্ভূত হয়েছে। নতুন উপকরণ নতুন কর্মক্ষমতা অগ্রগতি আনতে পারে, তবে মূল বিষয় হল পদার্থ বিজ্ঞানের উদ্ভাবন। বর্তমানে, নতুন উপাদান অ্যান্টেনার উপর গবেষণা এখনও অনুসন্ধানের পর্যায়ে রয়েছে এবং অনেক মূল প্রযুক্তি যথেষ্ট পরিপক্ক নয়।
সংক্ষেপে, ডিজাইনের প্রয়োজনীয়তা অনুসারে বিভিন্ন ধরণের টেরাহার্টজ অ্যান্টেনা নির্বাচন করা যেতে পারে:
১) যদি সহজ নকশা এবং কম উৎপাদন খরচের প্রয়োজন হয়, তাহলে ধাতব অ্যান্টেনা নির্বাচন করা যেতে পারে।
২) যদি উচ্চ ইন্টিগ্রেশন এবং কম ইনপুট প্রতিবন্ধকতা প্রয়োজন হয়, তাহলে ডাইইলেক্ট্রিক অ্যান্টেনা নির্বাচন করা যেতে পারে।
৩) কর্মক্ষমতায় অগ্রগতির প্রয়োজন হলে, নতুন উপাদানের অ্যান্টেনা নির্বাচন করা যেতে পারে।
উপরের নকশাগুলি নির্দিষ্ট প্রয়োজনীয়তা অনুসারেও সামঞ্জস্য করা যেতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, আরও সুবিধা অর্জনের জন্য দুই ধরণের অ্যান্টেনা একত্রিত করা যেতে পারে, তবে সমাবেশ পদ্ধতি এবং নকশা প্রযুক্তিকে আরও কঠোর প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে হবে।
অ্যান্টেনা সম্পর্কে আরও জানতে, অনুগ্রহ করে এখানে যান:
পোস্টের সময়: আগস্ট-০২-২০২৪
