Терагерцовые антенны: ключ к сверхскоростной связи 6G. Часть 4/4

Практическое применение терагерцовых антенн

1. Современная медицинская диагностика активно развивается в направлении безопасных и неинвазивных методов обследования. Особенно заметны достижения в двух важных областях - диагностике кожных заболеваний и стоматологии. Здесь новые технологии не только повышают точность исследований, но и минимизируют риски для пациентов.

<< Ранее - Современные материалы и технологии

Часть 1/4 - Введение

Часть 2/4 - Металлические и диэлектрические антенны

Часть 3/4 - Современные материалы и технологии

Часть 4/4 - Практическое применение; ссылки на источники (эта статья)

В дерматологии прогресс оказался особенно впечатляющим. Современные методы способны обнаруживать раковые образования с точностью до 0,1 мм [20].

(a) ТГц-спектры D-глюкозы и гемоглобина. (b) ТГц-спектры металлической сетки (метаматериала). (c) Распределение электромагнитного поля, полученное с помощью расчета методом FDTD.

Это критически важно, ведь даже крошечные новообразования могут представлять серьёзную угрозу из‑за способности к метастазированию. Такие технологии становятся безопасной альтернативой рентгеновским методам, что особенно ценно, когда требуется проводить обследования многократно.

Не менее значимые изменения происходят в стоматологии. Сегодня врачи могут детально обследовать полость рта с помощью бесконтактного сканирования - без применения рентгеновского излучения. Это позволяет выявлять кариес на самых ранних стадиях, когда лечение оказывается максимально эффективным.

Будущее медицинской диагностики связано с дальнейшим развитием неинвазивных методов. Особое внимание уделяется объединению разных диагностических технологий в единые комплексные системы. Такой подход позволяет повысить точность постановки диагноза и сделать лечение более эффективным.

Таким образом, современные диагностические технологии открывают новые возможности в медицине. Они позволяют выявлять заболевания на ранних стадиях, делают процесс обследования комфортным и безопасным для пациентов, а лечение - более результативным.

2. Системы безопасности на основе терагерцового излучения имеют широкие перспективы развития и внедрения. Главное достоинство технологии в том, что излучение проникает через одежду и другие материалы, благодаря чему досмотр проходит без физического контакта, не вызывая дискомфорта у пассажиров. При этом система обладает высокой разрешающей способностью: она замечает даже мелкие предметы и аномалии.

3. Телекоммуникационные технологии выходят на качественно новый уровень благодаря освоению терагерцового диапазона. Главная цель - создать высокоскоростные каналы связи с беспрецедентной пропускной способностью.

Серьёзный прорыв в разработке 6G‑технологий совершили японские компании. Консорциум из DOCOMO, NTT Corporation, NEC Corporation и Fujitsu представил устройство [21], передающее данные со скоростью до 100 Гбит/с. Это в значительно превышает максимально возможные показатели в сетях 5G.

В основе инновации - использование субтерагерцевого диапазона частот. Экспериментальные каналы работают на частоте 300 ГГц, что намного выше показателей сетей 5G (до 40 ГГц). Благодаря этому удаётся достичь принципиально нового уровня пропускной способности.

Подобные технологии открывают широкие перспективы. Они сделают возможной потоковую передачу видео сверхвысокого разрешения, обеспечат управление автономными транспортными средствами в режиме реального времени, ускорят обмен данными между устройствами и позволят создать принципиально новые форматы онлайн‑коммуникаций.

Впрочем, пока технология сталкивается с определёнными ограничениями. Необходимо уменьшить размеры приёмников и передатчиков, снизить стоимость оборудования, оптимизировать энергопотребление, расширить зону покрытия и обеспечить интеграцию с существующими сетями.

Сотрудничество компаний в этом направлении началось ещё в 2021 году, что подчёркивает долгосрочный характер их работы над технологиями будущего. Успешная демонстрация прототипа стала важным шагом к коммерческому внедрению 6G‑технологий.

Создание высокоскоростных каналов связи на частоте 300 ГГц - это значительный прорыв в телекоммуникационной отрасли. Он открывает новые возможности для развития цифровых технологий и сервисов, которые изменят облик будущего.

А что вы думаете?

Сможет ли терагерцовая связь заменить оптоволокно? Какие применения кажутся вам наиболее перспективными? Пишите в комментариях - обсудим!

Источники:

1. Y. He, Y. Chen, L. Zhang, S. -W. Wong and Z. N. Chen, "An overview of terahertz antennas," in China Communications, vol. 17, no. 7, pp. 124-165, July 2020, doi: 10.23919/J.CC.2020.07.011
2. "Terahertz Communication for Vehicular Networks," in IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 66, no. 7, pp. 5617-5625, July 2017, doi: 10.1109/TVT.2017.2712878
3. L. Gonzalez-Guerrero et al., "Pilot-Tone Assisted 16-QAM Photonic Wireless Bridge Operating At 250 GHz," in Journal of Lightwave Technology, vol. 39, no. 9, pp. 2725-2736, 1 May1, 2021, doi: 10.1109/JLT.2021.3053616
4. R. Singh and D. Sicker, "Parameter Modeling for Small-Scale Mobility in Indoor THz Communication," 2019 IEEE Global Communications Conference (GLOBECOM), Waikoloa, HI, USA, 2019, pp. 1-6, doi: 10.1109/GLOBECOM38437.2019.9013838
5. X. Wang, C. Deng, W. Hu, X. Lv and L. P. Ligthart, "Dual-band dielectric-loaded horn antenna for terahertz applications," 2017 International Applied Computational Electromagnetics Society Symposium (ACES), Suzhou, China, 2017, pp. 1-2
6. N. Chahat, T. J. Reck, C. Jung-Kubiak, T. Nguyen, R. Sauleau and G. Chattopadhyay, "1.9-THz Multiflare Angle Horn Optimization for Space Instruments," in IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology, vol. 5, no. 6, pp. 914-921, Nov. 2015, doi: 10.1109/TTHZ.2015.2487781
7. N. Llombart, G. Chattopadhyay, A. Skalare and I. Mehdi, "Novel Terahertz Antenna Based on a Silicon Lens Fed by a Leaky Wave Enhanced Waveguide," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 59, no. 6, pp. 2160-2168, June 2011, doi: 10.1109/TAP.2011.2143663
8. G. M. Rebeiz, "Millimeter-wave and terahertz integrated circuit antennas," in Proceedings of the IEEE, vol. 80, no. 11, pp. 1748-1770, Nov. 1992, doi: 10.1109/5.175253
9. M. H. Nemati and I. Tekin, "A 77GHz on-chip microstrip patch antenna with suppressed surface wave using EBG substrate," 2013 IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium (APSURSI), Orlando, FL, USA, 2013, pp. 1824-1825, doi: 10.1109/APS.2013.6711571
10. Prince, G. Kaur, V. Mehta and E. Sidhu, "Rectangular terahertz microstrip patch antenna design for vitamin K2 detection applications," 2017 1st International Conference on Electronics, Materials Engineering and Nano-Technology (IEMENTech), Kolkata, India, 2017, pp. 1-3, doi: 10.1109/IEMENTECH.2017.8076929
11. M. S. Rabbani and H. Ghafouri-Shiraz, "Liquid Crystalline Polymer Substrate-Based THz Microstrip Antenna Arrays for Medical Applications," in IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 16, pp. 1533-1536, 2017, doi: 10.1109/LAWP.2017.2647825
12. L. Zakrajsek, E. Einarsson, N. Thawdar, M. Medley and J. M. Jornet, "Lithographically Defined Plasmonic Graphene Antennas for Terahertz-Band Communication," in IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 15, pp. 1553-1556, 2016, doi: 10.1109/LAWP.2016.2527001
13. Zainud‐Deen, Saber H., Ahmed M. Mabrouk, and Hend A. Malhat, "Frequency tunable graphene metamaterial reflectarray for terahertz applications," in the journal of Engineering 2018.9, pp. 753-761, 2018, doi: 10.1049/joe.2018.5016
14. S. F. Mahmoud and A. R. AlAjmi, "Characteristics of a New Carbon Nanotube Antenna Structure With Enhanced Radiation in the Sub-Terahertz Range," in IEEE Transactions on Nanotechnology, vol. 11, no. 3, pp. 640-646, May 2012, doi: 10.1109/TNANO.2012.2190752
15. G. -B. Wu, Y. -S. Zeng, K. F. Chan, S. -W. Qu and C. H. Chan, "3-D Printed Circularly Polarized Modified Fresnel Lens Operating at Terahertz Frequencies," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 67, no. 7, pp. 4429-4437, July 2019, doi: 10.1109/TAP.2019.2908110
16. S. Bhardwaj and J. L. Volakis, "Hexagonal Waveguide Based Circularly Polarized Horn Antennas for Sub-mm-Wave/Terahertz Band," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 66, no. 7, pp. 3366-3374, July 2018, doi: 10.1109/TAP.2018.2829842
17. Volkert, C.A., Minor, A.M. "Focused Ion Beam Microscopy and Micromachining," in MRS Bulletin 32, 389–399, May 2007, doi: https://doi.org/10.1557/mrs2007.62
18. K. Guo, A. Standaert and P. Reynaert, "A 525–556-GHz Radiating Source With a Dielectric Lens Antenna in 28-nm CMOS," in IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology, vol. 8, no. 3, pp. 340-349, May 2018, doi: 10.1109/TTHZ.2018.2815783
19. X. -D. Deng, Y. Li, J. Li, C. Liu, W. Wu and Y. -Z. Xiong, "A 320-GHz 1x4 Fully Integrated Phased Array Transmitter Using 0.13-um SiGe BiCMOS Technology," in IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology, vol. 5, no. 6, pp. 930-940, Nov. 2015, doi: 10.1109/TTHZ.2015.2477604
20. H. Tabata, "Application of Terahertz Wave Technology in the Biomedical Field," in IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology, vol. 5, no. 6, pp. 1146-1153, Nov. 2015
21. DOCOMO, NTT, NEC and Fujitsu Develop Top-level Sub-terahertz 6G Device Capable of Ultra-high-speed 100 Gbps Transmission