הפוטנציאל של ננו-אנטנות במערכות תקשורת אלחוטיות בעתיד

הביקוש הבלתי-מעורר לביקוש מהיר יותר, אמין יותר, ומכשירי תקשורת אלחוטיים קומפקטיים יותר הניעו מהנדסים לחקור את המאזניים הפיזיות הבסיסיות. כמו אנטנות רדיו- ⁇ קונבנציונליות, מקיפים את הגבולות המעשיים שלהם בגודל ובתדירות, שיעור חדש של רכיבים צמח מתוך הצומת של חלקיקים ואלקטרומגנטיים: FLT:0nascale-nasFLT:1 מבנים אלה, רק עשרות למאות מולקולות של ננו-מטר, הם נשארים מאחור אפקטים אופטיים ואפקטים-מטריים חדשים, לאחר מכן, אשר נותרו רתמיים, ואפקטים-אוויריים, ואפקטים-אוויריים, על ידי רתיקים-אוויריים, על ידי רתיקים-מטרים-אוויריים, על ידי רתמיים-מסלולאריים-מסלולאריים-מסלולאריים-מסלולאריים-מסלולאריים-מסלולאריים-מחדש, על-מחדשניים, על-מחדשניים-מחדשניים, כדי לרתיקים-מחדשניים, כדי לרתיקים-מחדשניים, כדי לרתיקים-ידי רתיקים-מחדש, כדי לרתיקים-מחדש, כדי לרתיקים

מה הם ננו-אנטנים?

בליבה, אנטנה היא מכשיר שממיר אותות חשמליים מודרכים לגלי אלקטרומגנטיים חופשיים, ולהיפך. אנאנטנות מסורתיות - כגון ה- half-wave dipole - הן במידה רבה עד אורכי הגל שהם נועדו לשדר או לקבל. עבור תדרי רדיו, אורכי גל מסנטימטרים עד קילומטרים, מה שהופך את האנטנה בגודל המתאים.

עם זאת, קנה אנטנה למטה לכמה ננומטרים מציג פיזיקה חדשה. בתדרים אופטיים, מתכות כמו זהב וכסף כבר לא מתנהג כמו מנצחים מושלמים; במקום זאת הם תומכים על פני השטח plasmon קוטטים - oscillations קולקטיבי של אלקטרונים חופשיים יחד עם שדה אלקטרומגנטי, מצבי קוסמטיקה אלה מאפשרים אור להיות מרוכז לתוך כרכים הרבה מתחת להיקף diffraction, נכס כי הם מנפחים זעירים כמו אלקטרוניקה ישיר, אבל מקודמת אלקטרוניקה.

הבחנה קריטית היא כי nano-antennas ניתן לייצר על שבב באמצעות תהליכים סטנדרטיים למחצה, המאפשר שילוב עם טרנזיסטורים, גלווי גל וגלאים. תאימות זו פותחת את הדלת לטראנסיביים אולטרה-שותפים שבו הנתונים נוצרים, מעובדים, ורדיו את כל בתוך טביעת רגל קטנה יותר מאשר גרגר חול.

היתרונות העיקריים של ננו-אנטנות

מינימום קיצוני

ננו-אנטנות תופסות חלק מהנפח של אפילו את אנטנות המיקרוגל הקונבנציונליות הקטנות ביותר.לדוגמה, אנטנה מיקרוסטריפ 60-GHz עשויה למדוד כמה מ"מ, בעוד אנטנה אופטית-דיפול הפועלת ב-200 אורכו של כ-250 ננומטר - גורם של 10,000 פעמים קטנות יותר.מ miniaturization זה חיוני לחיישנים עונדים, מכשירים רפואיים, ארוזים, ארוזים, ודחוסים במערכות גדולות ודחוסות ב-MI- ⁇ (MO) מרובות (MO- ⁇ ) ⁇ (MO) .

שיעור נתונים גבוה

על ידי הפעלת terahertz תדרים אופטיים, ננו-אנטנות יכולות לתמוך רוחב פס מודולציה הרבה מעבר ליכולות של ג'יגהארץ של רדיו מסורתי. טרההרץ מערכות מבטיחות קישורים רב-ג'יגביט-פר-שניים, ודרים אופטיים יכולים לדחוף לעבר מאות ג'יגה-בייט לשנייה או אפילו terabit לשנייה בהפגנות מעבדה מסוימות.

גמישות מוגברת ו-Beam Steering

מערך ננו-אנטנה, הנקרא לעתים קרובות מערךים בשלב בסקאלה מאקרו, ניתן ארוז לרשתות צפופה מאוד על שבב יחיד.כל אלמנט ניתן לשלוט באופן אינדיבידואלי כדי לעצב את דפוס הקרינה באופן אלקטרוני.זה מאפשר ניווט מדויק עבור מעקב אחר מכשירים נעים, צמצום ההתערבות, ולהגדיל את יעילות הספקטרום באמצעות מספרxing.הגודל הקטן גם אומר כי גרטינג (לא משני) הם מנטרקים (מונים משניים משניים) מנטרקים מנטרקים, מפשטים, מפשטים, מפשטים, מפשטים.

שילוב עם ננופוטניקה

ננו-אנטנות פועלות כממשק בין מעגלים פוטוניים על שבב (שם נתונים נוסעים כמו אור בהנחיית גל) וקידום חלל חופשי.הם יכולים להיות ממוקמים ישירות מעל או ליד לייזרים, מודטורים, ו photodetectors, המאפשר המרה חלקה בין מצבי מודרך ורדיו.אינטגרציה זו חיונית עבור קישורים אופטיים בקנה מידה עתידי.

יישומים עתידיים אלחוטיים מערכות

5G-מתקדמים ו-6G Networks

בעוד 5G משתמשת כיום בלהקות גלי מילימטר (24–40 GHz), הצעד הבא - 6G - צפוי למנף תדרי תת-טרחרץ (100–300 GHz) כדי להשיג אפילו יותר יכולת גבוהה יותר.ננו-אנטנות הם מועמדים טבעיים עבור להקות אלה בגלל גודלם הקטן והתאמה עם ייצור CMOS.

אינטרנט של דברים (IoT) ורשתות חיישן אלחוטי

ה-IoT מסתמך על מיליארדי חיישנים זעירים, בעלי כוח נמוך אוספים נתונים על טמפרטורה, לחות, רטט או טלמטארי רפואי. Nano-antennas מאפשרים לחיישנים אלה לתקשר באופן אלחוטי ללא מודולים RF המופעלים על ידי סוללות.על ידי ניצול קצירת אנרגיה מקרינת אופטית או terahertz, ננו-נטן יכול גם להפעיל את החיישן ולהעביר נתונים כאלה "מכשירים אפסיים" ירחיבו את החיים ללא הגבלת זמן או אפילו ללא הגבלת זמן.

חברת Nano-antenna מבוססת RFID

תגי זיהוי רדיו- ⁇ (RFID) פועלים ב- UHF (900 MHz) או מיקרוגל (2.45 GHz) ודורשים סנטימטרים אנטנה בגודלם.תגי RFID ננו-אנטנה יכולים להיות מודפסים ישירות על אריזה או משולבים לתוך microchips, המאפשר מעקב ברמת הפריט בקנה מידה מחסני עם מרחקים של כמה מטרים באמצעות חברות thertz אחוריות.

מכשירים ביו-רפואיים וחיישנים בלתי ניתנים להשתלות

מכשירים רפואיים מותאמים לשומן - קוצים, ג'ק צ'יפים, שתלים עצביים - דורשים קישורים אלחוטיים שיכולים לפעול באמצעות רקמות תוך כדי היותו קטן מספיק כדי לא להפריע לתפקודים הגופניים. קרינת טרחרץ יכולה לחדור כמה מ"מ לעור ורקמות רכות, מה שהופך אותו מתאים לשתלים ליד רצפה של ננו-Fmarks: לעתים קרובות מגנזיום או זהב ננו- 10Facters-Fable נתונים חיצוניים של 10.

תקשורת קוונטית ו Sensing

תקשורת קוונטית מסתמכת על פוטונים בודדים לשדר מידע מקודד במדינות קוונטיות. Efficiently הפיכה יחיד פוטונים מפלטים (כגון דוטים קוונטיים או מרכזי חנקן ביהלום) לחלל חופשי או בסיבים אופטיים הוא אתגר גדול.ננו-אנטנים עם אדסנסורים plasmonic יכול להגביר את שיעור פליטה ספונטנית הזהב באמצעות אפקט פורמול, ישירות לתוך איסוף נתונים מוקדם (Fan) להפחתה של 50Ker (D).

אנרגיה מתחדשת ואופטימית

אנטנה (אנטנה מכתיבה) ממירת גלים אלקטרומגנטיים לחשמל פנימי.אופטימיים רטנות באמצעות ננו-אנטנות יכולות, בתיאוריה, לקצור קרינה תרמית או אפילו אור שמש ישירות לאנרגיה חשמלית, תוך עקיפה את ההשפעה הפוטווולטאית של ה-IoT.למרות שמכשירים מעשיים עדיין סובלים מיעילות נמוכה עקב המעבר המהיר הנדרש בתדרים אופטיים (תגובה שנייה), התקדמות מתכתית-ממטרת של חיישנים אלה יכלו להתקרב לפסולת או לפסולת.

אתגרים העומדים בפני מגבלת ננו-אנטנה

מורכבות ועלויות

יצירת תכונות בקנה מידה ננומטר דורש כלי ליתוגרפיה יקרים ותנאים נקיים מחמירים.אלקטרון-באם ליתוגרפיה איטית (כתיבה אווירית), מה שהופך את הייצור בקנה מידה גדול יקר מאוד. שיטות הערכה עצמית, כגון מעבדות DNA אוריגאמי או בלוק-קו-קו-קו-קו-קו-קו-קו-קו-אפוקליפטיות להישאר סובלות משגיאות מיקום.

אובדן דינמי ומגבלות חומריות

בתדרים אופטיים, מוליכות של מתכות עקב פיזור אלקטרונים מוגבר על פני השטח - תופעה המכונה אפקט הגודל.זה מוביל חימום התנגדות משמעותי (אובדן אטומי), אשר מפחית את יעילות האנטנה. Silver וזהב יש את ההפסדים הנמוכים ביותר בין מתכות נפוצות אך עדיין מציג דיסipation משמעותי.אפקטים גלאיים, כגון גרפן, ביצוע oxides שקוף (למשל, in oxidestra-traicicol, או pheneric), יכולים להיות phenicial מאוד, עם חומרים phenicial phenic phenicial phen phen , , phen phenic phenic phen , phen phen phen , phen phen phen , , phen phen ⁇ ⁇ phen phen phen phen phen ⁇ phen phen phen phen phen phen phen phen , , phen phen ⁇ phen phenic , יכול להיות phenic ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

הסתגלות ואכילה

חיבור ננו-נטנה למדר או מקלט דורש התאמה לאימפולס האנטנה למעגל ההזנה - בדרך כלל סביב 50 הוממים בתדרי רדיו. at nanoscale, עם זאת, הדחף השביר הופך עצום ונמוך מאוד. עיצובים לעתים קרובות דורשים מדלגן או מבנה ניזונן, אשר יכול להיות קשה מאוד לדלל לצד האנטנה העתיד המשולב עשוי להסתמך על פתרונות משולבים על קו של ניקוי נפרד או קו של אנטנה.

סודיות וצלב

כאשר אלפי ננו-אנטנים ארוזים לאזור קטן, הפיכה הדדית בין אלמנטים סמוכים יכול לשנות את דפוסי הקרינה שלהם ואת האימפולס.ניהול צלב זה חיוני עבור מערךים בשלבים ומערכות MIMO. כלי סימולציה מתקדמים (מערכת סימולציה מתקדמת-דומיין-דומיין, שיטת הפיכה סופית) יכול מודל אפקטים אלה, אבל העלות החישובית גדלה במהירות עם מספר אלמנטים, יתר על כן, על ידי חיזוי מסגרת קוונטית, כמו אפקטים הפיכה קלאסית, כמו הפיכה, כמו הפיכה קלאסית, כמו הפיכה, כמו גם על פני מודלים אלקטרומגנטית, כמו גם מודלים מתקדמים, כמו גם על פני מודלים מתקדמים, מודלים.

בעיות תגמול והתאמה

טרחרץ ולהקות אופטיות עדיין לא מוקצה במלואו לתקשורת אלחוטית.טווח 100 GHz-3 THz הוא במידה רבה בלתי מורשה, אך כפוף לשיאי ספיגת אטמוספרית (למשל, מחוס מים) עבור קישורים ארציים, תכנון תדירות יהיה חיוני להימנע מהתערבות עם אסטרונומיה או sensing יישומים.בנוסף, ידיים ניידות קיימות, תשתיות, פרוטוקולים (למשל, 4G) לא נועדו לתקני LTE משמעותיים.

כיוונים עתידיים של Outlook ומחקר

למרות המכשולים, קצב המחקר nano-antenna הוא מאיץ. שני חומרים דו-ממדיים - גרפן, molybdenum disulfide, זרחן שחור - מציעים את ההבטחה של טונובל, נמוך הפסד נמוך, ואנטנות אולטרה-שותפים. Graphene נ-ribbons יכול לתפקד כמו אנטנה plasmonics אשר תדירות שלו יכול להשתנות עם נטייה קוגניטיבית, המאפשרת להתאמה מחדש של רדיו.

עוד גבול מרגש הוא ההיתוך של ננו-אנטנות עם למידת מכונה.על ידי הכשרת רשתות עצביות לחזות גיאמטריה אופטימלית עבור להקות תדר ספציפיים ותנאי אובדן, החוקרים יכולים לעקוף מחזורי תכנון ארוך טווח של ניסיון וקריטריון. [+] רשתות יריבות יוצרות (גנים) כבר שימשו להציע כמרים וספירלה גיאוגרפית כי החוצה צורות מעוצבים באופן ידני במונחים של רוחב פס ורווח.

בטווח הארוך יותר, ננו-אנטנות יכולות להפוך לרכיבים סטנדרטיים ב"אבק חכם" – רשתות של חיישנים מיקרוסקופיים שצופים באוויר או מפוזרים על אזורים גדולים.עם מקור כוח שנאסף מקרינה ונתונים המועברים באמצעות הדופקים של טרנץ, מערכות כאלה יכולות לאפשר ניטור סביבתי של אבקנים, פתוגנים, או אפילו שלמות מבנית של מבנים.

אינטגרציה עם פוטוניקה סיליקון היא עוד מסלול מפתח חברות כמו אינטל, IBM, ו TSMC משקיעים בכבדות במעגלים פוטוניים משולבים למרכזי נתונים. Nano-antennas ניתן לפוצץ על אותה פלטפורמת סיליקון-on-inulator, המאפשר תקשורת שבב אלחוטית שבב אל שבב אל שבב אל שבב במהירויות של כמה מאות ג'יגה-מדומים לשנייה - ביטול הצורך לחיבורים פיזיים או סיבים.

לבסוף, החיפוש אחר רטנות אופטיות יעילות ממשיך.אם ניתן להעלות את היעילות מ- <1% עד מעל 10%, ננו-אנטנות יכולות להפוך לטכנולוגיה בת קיימא המתחרה עם photovoltaics עבור תנאי תאורה מקורה ונמוך.שילוב של כוח מבוסס-אטנה עם תקשורת אלחוטית ייצור מכשיר פסיבי לחלוטין - חיישן "בלתי-מתאים" במובן המילולי ביותר.

מסקנה

ננו-אנטנות מייצגות שינוי פרדיגמטי בתקשורת אלחוטית, נעות מקרינה בקנה מידה ס"מ למבנים בקנה מידה ננומטר שפועלים בתדרים אופטיים וטרארנץ.פוטנציאל שלהם לספק שיעורי נתונים אולטרה-גבוהים, צמצום קיצוני, ושילוב עמוק עם שני מעגלים אלקטרוניים ופוטניים הוא לא תואם את המחקר שפורסם ב- IEEE, Nature, ו- Physical Review הוכיח שוב ושוב את הכדאיות שלהם בהגדרות מבוקרות, כמו גם כן, עלייה משמעותית של חומרים, לפני שתאפשרהייצור, החל מאפקטיביעתית, החל מאפקטיביעתיים של חומרים מתקדמים, החל מ-ידיים של ייצור, לפני ש- 6 חודשים, החל מ-ידיים, החל מ-ידיים, החל מ-ידיים, החל מ-ידיים של טכנולוגיות רגולטוריות, החל מ-ידיעתיים, החל מ-ידיעתיים, החל להתאים את ההשפעות של מכשירים מתקדמים, החל מ-ידיעתיים, החל מ-ידיעתיים, החל מ-ידיעתיים, החל מ-ידי שימוש ב-ידי שימוש ב-ידיעתיים, החל מ-ידי שימוש ב-ידי שימוש ב-ידי שימוש ב-ידי שימוש ב-ידי שימוש ב-ידי שימוש ב-ידי שימוש ב