Altıncı jenerasyon kablosuz bağlantı teknolojileri için global yarış sürat kazanırken, Singapur, Fransa ve ABD’den araştırmacılar terahertz frekanslarında çalışabilen yeni kuşak kompakt bir anten dizaynını duyurdu. University of Notre Dame’dan Ranjan Singh liderliğinde yapılan çalışma, 6G’nin önündeki en kritik teknik manilerden biri olan terahertz bantlarında verimli ve kararlı data iletim meselesine tahlil sunuyor.

Araştırma grubu, mekanik hareketli modüllere yahut karmaşık yönlendirme sistemlerine gereksinim duymayan, büsbütün pasif bir anten mimarisi geliştirmiş durumda. Dizaynın temelinde ise nispeten yeni bir alan olan topolojik fotonik yaklaşımı yer alıyor.

6G’nin temel sorunu ne?

6G ile hedeflenen suratlar mevcut 5G’nin çok ötesine geçiyor. Terahertz frekanslar, 5G’de kullanılan bantların binlerce gigahertz üzerine çıkarak teorik olarak saniyede 1 terabit düzeyine yaklaşan data transfer kapasitesi sunabiliyor. Bu sürat, çağdaş bir akıllı telefonun içeriğinin yarısının bir saniyeden kısa müddette aktarılabilmesi manasına geliyor.

Ancak bu yüksek frekansın beraberinde getirdiği ciddi mühendislik zorlukları bulunuyor. Terahertz bantlarında sinyal kayıpları bariz halde artıyor, ışının taraf kararlılığı azalıyor ve yapıdaki en küçük kusurlar dahi elektromanyetik dalgaların saçılmasına neden olabiliyor. Bu da anten dizaynını son derece hassas ve karmaşık hale getiriyor.

Bu sorunu çözmek için daha büyük anten dizileri kurmak yahut hareketli ışın yönlendirme sistemleri eklemek üzere prosedürler var. Lakin Singh ve takımı farklı bir yol izliyor.

Topolojik fotoniğin hediyesi

Araştırmacılar tahlili fotonik prensiplerde aradı. Topolojik fotonik, ışık ve elektromanyetik dalgaların, materyal içindeki kusurlardan etkilenmeden belli güzergâhlarda ilerlemesini sağlayan özel geometrik düzenlemelere dayanıyor. Bu yaklaşımda, dalgalar adeta ray üzerinde ilerliyor.

Geliştirilen prototip, hassas formda işlenmiş bir silikon çip üzerine şurası. Çip yüzeyi, petek yapısını andıran üçgen deliklerden oluşan karmaşık bir geometriye sahip. Bu delikler 99 mikrometre ve 264 mikrometre olarak iki farklı boyutta tasarlandı. Deliklerin pozisyonlandırılması ve boyut kombinasyonları, terahertz radyasyonun materyal içindeki davranışını direkt belirliyor.

Belirli bir desen uygulandığında elektromanyetik dalgalar çip içinde hapsolabiliyor, farklı bir düzenlemede ise denetimli formda dışarı sızdırılıyor. Bu denetimli sızıntı, terahertz radyasyonun konik bir ışın formunda yayılmasını sağlıyor. Böylelikle desenli silikon çip, kompakt ve büsbütün pasif bir antene dönüşüyor.

Mevcut sistemlerden 30 kat daha iyi

Laboratuvar testlerinde, geometrik denetim yaklaşımının aygıtın etrafındaki uzayın yaklaşık %75’ine kadar radyasyon yayabildiği belirlendi. Bu kapsama oranı, mevcut terahertz antenlere kıyasla yaklaşık 30 kat daha yüksek performans manasına geliyor.

Alıcı tarafında da benzeri biçimde geniş bir görüş alanı elde edildi. Gerçekleştirilen deneylerde araştırma takımı yeni benzeri sistemlere nazaran yüzlerce kat daha yüksek data iletim suratları kaydetti.

Bu performansın en dikkat alımlı tarafı ise sistemin büsbütün pasif olması. Anten içinde hareketli bileşenler ya da faal ışın yönlendirme sistemleri bulunmuyor. Dalga denetimi, bütünüyle fizikî dizaynın -yani topolojik desenin- kendisinden kaynaklanıyor.

Araştırma takımı bir sonraki basamakta iletim, alım ve çip üzeri sinyal sürece işlevlerini birebir silikon platformda birleştirmeyi planlıyor. Emel, terahertz irtibatın ön uç bileşenlerini tek bir minyatür çipte toplamak. Şayet başarılı olurlarsa terahertz tabanlı 6G bağlantı tahlilleri ticari eserlere daha süratli uyarlanabilir.