وائرلیس آلات کی بڑھتی ہوئی مقبولیت کے ساتھ، ڈیٹا سروسز تیزی سے ترقی کے ایک نئے دور میں داخل ہو گئی ہیں، جسے ڈیٹا سروسز کی دھماکہ خیز ترقی بھی کہا جاتا ہے۔ اس وقت بڑی تعداد میں ایپلی کیشنز آہستہ آہستہ کمپیوٹرز سے وائرلیس ڈیوائسز جیسے موبائل فونز کی طرف منتقل ہو رہی ہیں جو حقیقی وقت میں لے جانے اور چلانے میں آسان ہیں، لیکن اس صورتحال نے ڈیٹا ٹریفک میں تیزی سے اضافہ اور بینڈوتھ کے وسائل کی کمی کا باعث بھی بنی ہے۔ . اعداد و شمار کے مطابق، اگلے 10 سے 15 سالوں میں مارکیٹ میں ڈیٹا کی شرح Gbps یا Tbps تک پہنچ سکتی ہے۔ فی الحال، THz کمیونیکیشن ایک Gbps ڈیٹا ریٹ تک پہنچ گئی ہے، جبکہ Tbps ڈیٹا کی شرح اب بھی ترقی کے ابتدائی مراحل میں ہے۔ ایک متعلقہ کاغذ THz بینڈ کی بنیاد پر Gbps ڈیٹا کی شرحوں میں تازہ ترین پیشرفت کی فہرست دیتا ہے اور پیش گوئی کرتا ہے کہ Tbps کو پولرائزیشن ملٹی پلیکسنگ کے ذریعے حاصل کیا جا سکتا ہے۔ لہذا، ڈیٹا کی ترسیل کی شرح کو بڑھانے کے لیے، ایک قابل عمل حل یہ ہے کہ ایک نیا فریکوئنسی بینڈ تیار کیا جائے، جو کہ ٹیرا ہرٹز بینڈ ہے، جو مائیکرو ویوز اور انفراریڈ روشنی کے درمیان "خالی جگہ" میں ہے۔ 2019 میں آئی ٹی یو ورلڈ ریڈیو کمیونیکیشن کانفرنس (WRC-19) میں، فکسڈ اور لینڈ موبائل سروسز کے لیے 275-450GHz کی فریکوئنسی رینج استعمال کی گئی ہے۔ یہ دیکھا جا سکتا ہے کہ terahertz وائرلیس مواصلاتی نظام نے بہت سے محققین کی توجہ مبذول کرائی ہے۔
Terahertz برقی مقناطیسی لہروں کو عام طور پر 0.03-3 ملی میٹر طول موج کے ساتھ 0.1-10THz (1THz=1012Hz) کے فریکوئنسی بینڈ کے طور پر بیان کیا جاتا ہے۔ IEEE معیار کے مطابق، terahertz لہروں کو 0.3-10THz کے طور پر بیان کیا گیا ہے۔ شکل 1 سے پتہ چلتا ہے کہ ٹیرا ہرٹز فریکوئنسی بینڈ مائکروویو اور انفراریڈ روشنی کے درمیان ہے۔
تصویر 1 ٹی ایچ زیڈ فریکوئنسی بینڈ کا اسکیمیٹک خاکہ۔
Terahertz اینٹینا کی ترقی
اگرچہ terahertz کی تحقیق 19ویں صدی میں شروع ہوئی تھی، لیکن اس وقت اس کا ایک آزاد شعبے کے طور پر مطالعہ نہیں کیا گیا تھا۔ terahertz تابکاری پر تحقیق بنیادی طور پر دور اورکت بینڈ پر مرکوز تھی۔ یہ 20 ویں صدی کے وسط سے آخر تک نہیں تھا کہ محققین نے ملی میٹر لہر کی تحقیق کو ٹیرا ہرٹز بینڈ تک بڑھانا اور خصوصی ٹیرا ہرٹز ٹیکنالوجی کی تحقیق کرنا شروع کی۔
1980 کی دہائی میں، terahertz تابکاری کے ذرائع کے ظہور نے عملی نظاموں میں terahertz لہروں کا اطلاق ممکن بنا دیا۔ 21 ویں صدی کے بعد سے، وائرلیس کمیونیکیشن ٹیکنالوجی نے تیزی سے ترقی کی ہے، اور لوگوں کی معلومات کی طلب اور مواصلاتی آلات میں اضافے نے مواصلاتی ڈیٹا کی ترسیل کی شرح پر مزید سخت تقاضوں کو آگے بڑھا دیا ہے۔ لہذا، مستقبل کی کمیونیکیشن ٹیکنالوجی کے چیلنجوں میں سے ایک یہ ہے کہ ایک جگہ پر گیگا بٹ فی سیکنڈ کی اعلیٰ ڈیٹا ریٹ پر کام کرنا ہے۔ موجودہ اقتصادی ترقی کے تحت، سپیکٹرم وسائل تیزی سے نایاب ہو گئے ہیں. تاہم، مواصلاتی صلاحیت اور رفتار کے لیے انسانی ضروریات لامتناہی ہیں۔ سپیکٹرم کنجشن کے مسئلے کے لیے، بہت سی کمپنیاں ایک سے زیادہ ان پٹ ملٹی آؤٹ پٹ (MIMO) ٹیکنالوجی کا استعمال کرتی ہیں تاکہ سپیکٹرم کی کارکردگی اور مقامی ملٹی پلیکسنگ کے ذریعے سسٹم کی صلاحیت کو بہتر بنایا جا سکے۔ 5G نیٹ ورکس کی ترقی کے ساتھ، ہر صارف کے ڈیٹا کنکشن کی رفتار Gbps سے بڑھ جائے گی، اور بیس اسٹیشنوں کے ڈیٹا ٹریفک میں بھی نمایاں اضافہ ہوگا۔ روایتی ملی میٹر ویو کمیونیکیشن سسٹمز کے لیے، مائیکرو ویو لنکس ان بڑے ڈیٹا اسٹریمز کو ہینڈل نہیں کر سکیں گے۔ اس کے علاوہ، لائن آف وائٹ کے اثر و رسوخ کی وجہ سے، انفراریڈ کمیونیکیشن کی ترسیل کا فاصلہ کم ہے اور اس کے مواصلاتی آلات کا مقام طے ہے۔ لہٰذا، ٹی ایچ زیڈ لہریں، جو مائیکرو ویوز اور انفراریڈ کے درمیان ہیں، تیز رفتار مواصلاتی نظام بنانے اور THz لنکس کا استعمال کرکے ڈیٹا کی ترسیل کی شرح کو بڑھانے کے لیے استعمال کی جا سکتی ہیں۔
Terahertz لہریں ایک وسیع مواصلاتی بینڈوتھ فراہم کر سکتی ہیں، اور اس کی فریکوئنسی کی حد موبائل مواصلات سے تقریباً 1000 گنا زیادہ ہے۔ لہٰذا، انتہائی تیز رفتار وائرلیس کمیونیکیشن سسٹم بنانے کے لیے THz کا استعمال ڈیٹا کی بلند شرحوں کے چیلنج کا ایک امید افزا حل ہے، جس نے بہت سی تحقیقی ٹیموں اور صنعتوں کی دلچسپی کو اپنی طرف متوجہ کیا ہے۔ ستمبر 2017 میں، پہلا THz وائرلیس کمیونیکیشن اسٹینڈرڈ IEEE 802.15.3d-2017 جاری کیا گیا، جو 252-325 GHz کی کم THz فریکوئنسی رینج میں پوائنٹ ٹو پوائنٹ ڈیٹا ایکسچینج کی وضاحت کرتا ہے۔ لنک کی متبادل فزیکل لیئر (PHY) مختلف بینڈوتھس پر 100 Gbps تک ڈیٹا کی شرح حاصل کر سکتی ہے۔
0.12 THz کا پہلا کامیاب THz مواصلاتی نظام 2004 میں قائم کیا گیا تھا، اور 0.3 THz کا THz مواصلاتی نظام 2013 میں نافذ ہوا تھا۔
جدول 1 2004 سے 2013 تک جاپان میں terahertz مواصلاتی نظام کی تحقیقی پیشرفت
2004 میں تیار کردہ مواصلاتی نظام کے اینٹینا ڈھانچے کو نپون ٹیلی گراف اور ٹیلی فون کارپوریشن (این ٹی ٹی) نے 2005 میں تفصیل سے بیان کیا تھا۔ اینٹینا کی ترتیب دو صورتوں میں متعارف کرائی گئی تھی، جیسا کہ شکل 2 میں دکھایا گیا ہے۔
تصویر 2 جاپان کے NTT 120 GHz وائرلیس کمیونیکیشن سسٹم کا اسکیمیٹک خاکہ
یہ نظام فوٹو الیکٹرک کنورژن اور اینٹینا کو مربوط کرتا ہے اور کام کرنے کے دو طریقوں کو اپناتا ہے:
1. قریبی رینج کے اندرونی ماحول میں، گھر کے اندر استعمال ہونے والا پلانر اینٹینا ٹرانسمیٹر سنگل لائن کیریئر فوٹوڈیوڈ (UTC-PD) چپ، ایک پلانر سلاٹ اینٹینا اور ایک سلیکون لینس پر مشتمل ہوتا ہے، جیسا کہ شکل 2(a) میں دکھایا گیا ہے۔
2. ایک طویل فاصلے تک بیرونی ماحول میں، بڑے ٹرانسمیشن نقصان اور ڈیٹیکٹر کی کم حساسیت کے اثر کو بہتر بنانے کے لیے، ٹرانسمیٹر اینٹینا کو زیادہ فائدہ ہونا چاہیے۔ موجودہ terahertz اینٹینا 50 dBi سے زیادہ کے حاصل کے ساتھ گاوسی آپٹیکل لینس کا استعمال کرتا ہے۔ فیڈ ہارن اور ڈائی الیکٹرک لینس کا امتزاج شکل 2(b) میں دکھایا گیا ہے۔
0.12 THz کمیونیکیشن سسٹم تیار کرنے کے علاوہ، NTT نے 2012 میں 0.3THz کمیونیکیشن سسٹم بھی تیار کیا۔ مسلسل اصلاح کے ذریعے، ٹرانسمیشن کی شرح 100Gbps تک زیادہ ہو سکتی ہے۔ جیسا کہ جدول 1 سے دیکھا جا سکتا ہے، اس نے terahertz کمیونیکیشن کی ترقی میں بہت بڑا تعاون کیا ہے۔ تاہم، موجودہ تحقیقی کام میں کم آپریٹنگ فریکوئنسی، بڑے سائز اور زیادہ لاگت کے نقصانات ہیں۔
فی الحال استعمال ہونے والے زیادہ تر terahertz انٹینا ملی میٹر لہر انٹینا سے تبدیل کیے گئے ہیں، اور terahertz انٹینا میں بہت کم جدت ہے۔ لہذا، terahertz مواصلاتی نظام کی کارکردگی کو بہتر بنانے کے لیے، ایک اہم کام terahertz انٹینا کو بہتر بنانا ہے۔ جدول 2 جرمن ٹی ایچ زیڈ مواصلات کی تحقیقی پیشرفت کی فہرست دیتا ہے۔ شکل 3 (a) ایک نمائندہ THz وائرلیس مواصلاتی نظام دکھاتا ہے جو فوٹوونکس اور الیکٹرانکس کو ملاتا ہے۔ شکل 3 (b) ونڈ ٹنل ٹیسٹ کا منظر دکھاتا ہے۔ جرمنی کی موجودہ تحقیقی صورت حال کو دیکھتے ہوئے، اس کی تحقیق اور ترقی کے نقصانات بھی ہیں جیسے کم آپریٹنگ فریکوئنسی، زیادہ لاگت اور کم کارکردگی۔
جدول 2 جرمنی میں THz مواصلات کی تحقیقی پیشرفت
تصویر 3 ونڈ ٹنل ٹیسٹ سین
CSIRO ICT سینٹر نے THz انڈور وائرلیس کمیونیکیشن سسٹمز پر بھی تحقیق شروع کی ہے۔ مرکز نے سال اور کمیونیکیشن فریکوئنسی کے درمیان تعلق کا مطالعہ کیا، جیسا کہ شکل 4 میں دکھایا گیا ہے۔ جیسا کہ شکل 4 سے دیکھا جا سکتا ہے، 2020 تک، وائرلیس مواصلات پر تحقیق THz بینڈ کی طرف ہے۔ ریڈیو سپیکٹرم کا استعمال کرتے ہوئے زیادہ سے زیادہ مواصلاتی فریکوئنسی ہر بیس سال میں تقریباً دس گنا بڑھ جاتی ہے۔ مرکز نے THz انٹینا کی ضروریات کے بارے میں سفارشات پیش کی ہیں اور THz مواصلاتی نظام کے لیے روایتی اینٹینا جیسے ہارن اور لینز تجویز کیے ہیں۔ جیسا کہ شکل 5 میں دکھایا گیا ہے، دو ہارن انٹینا بالترتیب 0.84THz اور 1.7THz پر کام کرتے ہیں، ایک سادہ ساخت اور اچھی گاوسی بیم کارکردگی کے ساتھ۔
شکل 4 سال اور تعدد کے درمیان تعلق
RM-BDHA818-20A
RM-DCPHA105145-20
شکل 5 ہارن انٹینا کی دو اقسام
ریاستہائے متحدہ نے ٹیرا ہرٹز لہروں کے اخراج اور پتہ لگانے پر وسیع تحقیق کی ہے۔ مشہور terahertz ریسرچ لیبارٹریوں میں جیٹ پروپلشن لیبارٹری (JPL)، سٹینفورڈ لائنر ایکسلریٹر سینٹر (SLAC)، یو ایس نیشنل لیبارٹری (LLNL)، نیشنل ایروناٹکس اینڈ اسپیس ایڈمنسٹریشن (NASA)، نیشنل سائنس فاؤنڈیشن (NSF) وغیرہ شامل ہیں۔ ٹیرا ہرٹز ایپلی کیشنز کے لیے نئے ٹیرا ہرٹز اینٹینا ڈیزائن کیے گئے ہیں، جیسے بوٹی انٹینا اور فریکوئنسی بیم اسٹیئرنگ اینٹینا۔ terahertz انٹینا کی ترقی کے مطابق، ہم فی الحال terahertz انٹینا کے لیے تین بنیادی ڈیزائن آئیڈیاز حاصل کر سکتے ہیں، جیسا کہ شکل 6 میں دکھایا گیا ہے۔
شکل 6 terahertz انٹینا کے لیے تین بنیادی ڈیزائن آئیڈیاز
مندرجہ بالا تجزیہ ظاہر کرتا ہے کہ اگرچہ بہت سے ممالک نے ٹیرا ہرٹز انٹینا پر بہت زیادہ توجہ دی ہے، لیکن یہ ابھی بھی ابتدائی تلاش اور ترقی کے مرحلے میں ہے۔ زیادہ پھیلاؤ کے نقصان اور سالماتی جذب کی وجہ سے، THz اینٹینا عام طور پر ٹرانسمیشن فاصلے اور کوریج کے ذریعے محدود ہوتے ہیں۔ کچھ مطالعات THz بینڈ میں کم آپریٹنگ فریکوئنسیوں پر توجہ مرکوز کرتے ہیں۔ موجودہ terahertz اینٹینا کی تحقیق بنیادی طور پر ڈائی الیکٹرک لینس اینٹینا وغیرہ کا استعمال کرکے حاصل کو بہتر بنانے اور مناسب الگورتھم استعمال کرکے مواصلات کی کارکردگی کو بہتر بنانے پر مرکوز ہے۔ اس کے علاوہ، terahertz اینٹینا پیکیجنگ کی کارکردگی کو کیسے بہتر بنایا جائے یہ بھی ایک بہت ضروری مسئلہ ہے۔
جنرل ٹی ایچ زیڈ اینٹینا
ٹی ایچ زیڈ اینٹینا کی بہت سی قسمیں دستیاب ہیں: مخروطی گہاوں کے ساتھ ڈوپول اینٹینا، کونے کی عکاسی کرنے والی صفیں، بوٹی ڈوپولز، ڈائی الیکٹرک لینس پلانر اینٹینا، THz ماخذ تابکاری کے ذرائع پیدا کرنے کے لیے فوٹو کنڈکٹیو اینٹینا، ہارن انٹینا، ٹی ایچ زیڈ اینٹینا، گرافین پر مبنی مواد وغیرہ۔ ٹی ایچ زیڈ اینٹینا بنانے کے لیے استعمال ہونے والے مواد کو تقریباً دھاتی اینٹینا (بنیادی طور پر ہارن انٹینا)، ڈائی الیکٹرک اینٹینا (لینس اینٹینا) اور نئے میٹریل اینٹینا میں تقسیم کیا جا سکتا ہے۔ یہ سیکشن پہلے ان انٹیناوں کا ابتدائی تجزیہ کرتا ہے، اور پھر اگلے حصے میں، پانچ عام ٹی ایچ زیڈ اینٹینا کو تفصیل سے متعارف کرایا گیا ہے اور گہرائی میں تجزیہ کیا گیا ہے۔
1. دھاتی اینٹینا
ہارن انٹینا ایک عام دھاتی اینٹینا ہے جو THz بینڈ میں کام کرنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے۔ ایک کلاسک ملی میٹر لہر رسیور کا اینٹینا ایک مخروطی ہارن ہے۔ کوروگیٹڈ اور ڈوئل موڈ انٹینا کے بہت سے فوائد ہیں، بشمول گھماؤ ہم آہنگ ریڈی ایشن پیٹرن، 20 سے 30 dBi کا زیادہ فائدہ اور -30 dB کا کم کراس پولرائزیشن لیول، اور 97% سے 98% تک جوڑے کی کارکردگی۔ دو ہارن انٹینا کی دستیاب بینڈوتھ بالترتیب 30%-40% اور 6%-8% ہیں۔
چونکہ ٹیرا ہرٹز لہروں کی فریکوئنسی بہت زیادہ ہے، اس لیے ہارن اینٹینا کا سائز بہت چھوٹا ہے، جس کی وجہ سے ہارن کی پروسیسنگ بہت مشکل ہوتی ہے، خاص طور پر اینٹینا اریوں کے ڈیزائن میں، اور پروسیسنگ ٹیکنالوجی کی پیچیدگی بہت زیادہ لاگت کا باعث بنتی ہے اور محدود پیداوار. پیچیدہ ہارن ڈیزائن کے نیچے کی تیاری میں دشواری کی وجہ سے، عام طور پر مخروطی یا مخروطی ہارن کی شکل میں ایک سادہ ہارن اینٹینا استعمال کیا جاتا ہے، جو لاگت اور عمل کی پیچیدگی کو کم کر سکتا ہے، اور اینٹینا کی تابکاری کی کارکردگی کو برقرار رکھا جا سکتا ہے۔ ٹھیک ہے
ایک اور دھاتی اینٹینا ایک ٹریولنگ ویو اہرام اینٹینا ہے، جو 1.2 مائیکرون ڈائی الیکٹرک فلم پر مربوط ایک سفری لہر اینٹینا پر مشتمل ہوتا ہے اور ایک سیلیکون ویفر پر کھدی ہوئی طولانی گہا میں معلق ہوتا ہے، جیسا کہ شکل 7 میں دکھایا گیا ہے۔ یہ اینٹینا ایک کھلا ڈھانچہ ہے جو Schottky diodes کے ساتھ ہم آہنگ۔ اس کی نسبتاً سادہ ساخت اور کم مینوفیکچرنگ کی ضروریات کی وجہ سے، اسے عام طور پر 0.6 THz سے اوپر کے فریکوئنسی بینڈ میں استعمال کیا جا سکتا ہے۔ تاہم، اینٹینا کا سائڈلوب لیول اور کراس پولرائزیشن لیول زیادہ ہے، شاید اس کی کھلی ساخت کی وجہ سے۔ لہذا، اس کے جوڑے کی کارکردگی نسبتاً کم ہے (تقریباً 50%)۔
تصویر 7 سفری لہر پرامڈل اینٹینا
2. ڈائی الیکٹرک اینٹینا
ڈائی الیکٹرک اینٹینا ایک ڈائی الیکٹرک سبسٹریٹ اور اینٹینا ریڈی ایٹر کا مجموعہ ہے۔ مناسب ڈیزائن کے ذریعے، ڈائی الیکٹرک اینٹینا ڈٹیکٹر کے ساتھ مائبادی مماثلت حاصل کر سکتا ہے، اور اس میں سادہ عمل، آسان انضمام اور کم لاگت کے فوائد ہیں۔ حالیہ برسوں میں، محققین نے کئی تنگ بینڈ اور براڈ بینڈ سائیڈ فائر اینٹینا ڈیزائن کیے ہیں جو ٹیرا ہرٹز ڈائی الیکٹرک انٹینا کے کم مائبادی ڈٹیکٹر سے مل سکتے ہیں: بٹر فلائی اینٹینا، ڈبل یو کے سائز کا اینٹینا، لاگ-پیریوڈک اینٹینا، اور لاگ پیریڈک سائنوسائیڈل اینٹینا، جیسا کہ تصویر 8 میں دکھایا گیا ہے۔ اس کے علاوہ، زیادہ پیچیدہ اینٹینا جیومیٹریز کو جینیاتی الگورتھم کے ذریعے ڈیزائن کیا جا سکتا ہے۔
شکل 8 پلانر اینٹینا کی چار اقسام
تاہم، چونکہ ڈائی الیکٹرک انٹینا کو ڈائی الیکٹرک سبسٹریٹ کے ساتھ ملایا جاتا ہے، اس لیے سطح کی لہر کا اثر اس وقت ظاہر ہوتا ہے جب تعدد THz بینڈ کی طرف ہوتا ہے۔ اس مہلک نقصان کی وجہ سے اینٹینا آپریشن کے دوران بہت زیادہ توانائی کھو دے گا اور اینٹینا کی تابکاری کی کارکردگی میں نمایاں کمی کا باعث بنے گا۔ جیسا کہ شکل 9 میں دکھایا گیا ہے، جب اینٹینا تابکاری کا زاویہ کٹ آف زاویہ سے بڑا ہوتا ہے، تو اس کی توانائی ڈائی الیکٹرک سبسٹریٹ میں محدود ہوتی ہے اور سبسٹریٹ موڈ کے ساتھ مل جاتی ہے۔
چترا 9 اینٹینا کی سطح کی لہر کا اثر
جیسے جیسے سبسٹریٹ کی موٹائی بڑھتی ہے، ہائی آرڈر موڈز کی تعداد بڑھ جاتی ہے، اور اینٹینا اور سبسٹریٹ کے درمیان جوڑے بڑھ جاتے ہیں، جس کے نتیجے میں توانائی کا نقصان ہوتا ہے۔ سطح کی لہر کے اثر کو کمزور کرنے کے لیے، تین اصلاحی اسکیمیں ہیں:
1) برقی مقناطیسی لہروں کی بیمفارمنگ خصوصیات کا استعمال کرکے فائدہ بڑھانے کے لیے اینٹینا پر ایک لینس لوڈ کریں۔
2) برقی مقناطیسی لہروں کے ہائی آرڈر طریقوں کی نسل کو دبانے کے لیے سبسٹریٹ کی موٹائی کو کم کریں۔
3) سبسٹریٹ ڈائی الیکٹرک مواد کو برقی مقناطیسی بینڈ گیپ (EBG) سے بدل دیں۔ ای بی جی کی مقامی فلٹرنگ خصوصیات ہائی آرڈر موڈز کو دبا سکتی ہیں۔
3. نیا مواد اینٹینا
مندرجہ بالا دو اینٹینا کے علاوہ، نئے مواد سے بنا ایک ٹیراہرٹز اینٹینا بھی ہے. مثال کے طور پر، 2006 میں، Jin Hao et al. ایک کاربن نانوٹوب ڈوپول اینٹینا تجویز کیا. جیسا کہ شکل 10 (a) میں دکھایا گیا ہے، ڈوپول دھاتی مواد کی بجائے کاربن نانوٹوبس سے بنا ہے۔ اس نے کاربن نانوٹوب ڈوپول اینٹینا کی انفراریڈ اور آپٹیکل خصوصیات کا بغور مطالعہ کیا اور محدود لمبائی والے کاربن نانوٹوب ڈپول انٹینا کی عمومی خصوصیات، جیسے ان پٹ مائبادی، موجودہ تقسیم، فائدہ، کارکردگی اور ریڈی ایشن پیٹرن پر تبادلہ خیال کیا۔ شکل 10 (b) کاربن نانوٹوب ڈوپول اینٹینا کے ان پٹ رکاوٹ اور فریکوئنسی کے درمیان تعلق کو ظاہر کرتا ہے۔ جیسا کہ شکل 10(b) میں دیکھا جا سکتا ہے، ان پٹ مائبادی کے خیالی حصے میں اعلی تعدد پر متعدد صفر ہوتے ہیں۔ اس سے ظاہر ہوتا ہے کہ اینٹینا مختلف تعدد پر متعدد گونجیں حاصل کر سکتا ہے۔ ظاہر ہے، کاربن نانوٹوب اینٹینا ایک مخصوص فریکوئنسی رینج (ٹی ایچ زیڈ فریکوئنسیوں) کے اندر گونج دکھاتا ہے، لیکن اس حد سے باہر گونجنے سے مکمل طور پر قاصر ہے۔
شکل 10 (a) کاربن نانوٹوب ڈوپول اینٹینا۔ (b) ان پٹ مائبادا فریکوئنسی وکر
2012 میں، سمیر ایف محمود اور عید آر العجمی نے کاربن نانوٹوبس پر مبنی ایک نیا ٹیرا ہرٹز اینٹینا ڈھانچہ تجویز کیا، جو دو ڈائی الیکٹرک تہوں میں لپٹے ہوئے کاربن نانوٹوبس کے بنڈل پر مشتمل ہے۔ اندرونی ڈائی الیکٹرک پرت ایک ڈائی الیکٹرک فوم کی پرت ہے، اور بیرونی ڈائی الیکٹرک پرت میٹی میٹریل پرت ہے۔ مخصوص ساخت کو شکل 11 میں دکھایا گیا ہے۔ جانچ کے ذریعے، اینٹینا کی تابکاری کی کارکردگی کو سنگل دیواروں والے کاربن نانوٹوبس کے مقابلے میں بہتر بنایا گیا ہے۔
شکل 11 کاربن نانوٹوبس پر مبنی نیا ٹیرا ہرٹز اینٹینا
اوپر تجویز کردہ نئے مواد کے ٹیرا ہرٹز اینٹینا بنیادی طور پر تین جہتی ہیں۔ اینٹینا کی بینڈوتھ کو بہتر بنانے اور کنفارمل انٹینا بنانے کے لیے، پلانر گرافین اینٹینا نے بڑے پیمانے پر توجہ حاصل کی ہے۔ گرافین میں بہترین متحرک مسلسل کنٹرول خصوصیات ہیں اور یہ تعصب وولٹیج کو ایڈجسٹ کرکے سطح کا پلازما بنا سکتا ہے۔ سطح پلازما مثبت ڈائی الیکٹرک مستقل سبسٹریٹس (جیسے سی، سی او 2، وغیرہ) اور منفی ڈائی الیکٹرک مستقل ذیلی ذخائر (جیسے قیمتی دھاتیں، گرافین وغیرہ) کے درمیان انٹرفیس پر موجود ہے۔ قیمتی دھاتوں اور گرافین جیسے موصلوں میں "فری الیکٹران" کی ایک بڑی تعداد موجود ہے۔ ان آزاد الیکٹرانوں کو پلازما بھی کہا جاتا ہے۔ موصل میں موروثی ممکنہ فیلڈ کی وجہ سے، یہ پلازما ایک مستحکم حالت میں ہیں اور بیرونی دنیا سے پریشان نہیں ہیں۔ جب واقعہ برقی مقناطیسی لہر کی توانائی کو ان پلازموں کے ساتھ جوڑا جاتا ہے، تو پلازما مستحکم حالت سے ہٹ کر کمپن ہوجائے گا۔ تبدیلی کے بعد، برقی مقناطیسی موڈ انٹرفیس پر ایک ٹرانسورس مقناطیسی لہر بناتا ہے۔ ڈروڈ ماڈل کے ذریعے دھات کی سطح پلازما کے پھیلاؤ کے تعلق کی وضاحت کے مطابق، دھاتیں قدرتی طور پر خالی جگہ میں برقی مقناطیسی لہروں کے ساتھ جوڑ نہیں سکتیں اور توانائی کو تبدیل نہیں کر سکتیں۔ سطح پلازما کی لہروں کو اکسانے کے لیے دیگر مواد کا استعمال کرنا ضروری ہے۔ سطح پلازما لہریں دھاتی سبسٹریٹ انٹرفیس کی متوازی سمت میں تیزی سے زوال پذیر ہوتی ہیں۔ جب دھاتی کنڈکٹر سطح پر کھڑے سمت میں چلتا ہے، تو جلد کا اثر ہوتا ہے۔ ظاہر ہے، انٹینا کے چھوٹے سائز کی وجہ سے، ہائی فریکوئنسی بینڈ میں جلد کا اثر ہوتا ہے، جس کی وجہ سے اینٹینا کی کارکردگی میں تیزی سے کمی آتی ہے اور یہ ٹیرا ہرٹز اینٹینا کی ضروریات کو پورا نہیں کر سکتا۔ گرافین کے سطحی پلازمون میں نہ صرف زیادہ پابند قوت اور کم نقصان ہوتا ہے، بلکہ مسلسل برقی ٹیوننگ کو بھی سپورٹ کرتا ہے۔ اس کے علاوہ، ٹیرا ہرٹز بینڈ میں گرافین کی پیچیدہ چالکتا ہے۔ لہذا، سست لہر کا پھیلاؤ terahertz تعدد پر پلازما موڈ سے متعلق ہے۔ یہ خصوصیات terahertz بینڈ میں دھاتی مواد کو تبدیل کرنے کے لیے گرافین کی فزیبلٹی کو مکمل طور پر ظاہر کرتی ہیں۔
گرافین سطح کے پلازمون کے پولرائزیشن رویے کی بنیاد پر، شکل 12 ایک نئی قسم کی پٹی اینٹینا دکھاتا ہے، اور گرافین میں پلازما لہروں کے پھیلاؤ کی خصوصیات کے بینڈ کی شکل تجویز کرتا ہے۔ ٹیون ایبل اینٹینا بینڈ کا ڈیزائن نئے میٹریل ٹیرا ہرٹز انٹینا کے پھیلاؤ کی خصوصیات کا مطالعہ کرنے کا ایک نیا طریقہ فراہم کرتا ہے۔
شکل 12 نئی پٹی کا اینٹینا
یونٹ کے نئے مواد ٹیرا ہرٹز اینٹینا عناصر کی کھوج کے علاوہ، گرافین نینو پیچ ٹیرا ہرٹز اینٹینا کو بھی ٹیرا ہرٹز ملٹی ان پٹ ملٹی آؤٹ پٹ اینٹینا کمیونیکیشن سسٹم بنانے کے لیے صفوں کے طور پر ڈیزائن کیا جا سکتا ہے۔ اینٹینا کا ڈھانچہ شکل 13 میں دکھایا گیا ہے۔ گرافین نینو پیچ اینٹینا کی منفرد خصوصیات کی بنیاد پر، اینٹینا کے عناصر میں مائکرون پیمانے کے طول و عرض ہوتے ہیں۔ کیمیائی بخارات کا ذخیرہ مختلف گرافین امیجز کو نکل کی پتلی پرت پر براہ راست ترکیب کرتا ہے اور انہیں کسی بھی سبسٹریٹ میں منتقل کرتا ہے۔ اجزاء کی مناسب تعداد کو منتخب کرکے اور الیکٹرو اسٹاٹک بائیس وولٹیج کو تبدیل کرکے، تابکاری کی سمت کو مؤثر طریقے سے تبدیل کیا جاسکتا ہے، جس سے نظام کو دوبارہ ترتیب دیا جاسکتا ہے۔
شکل 13 گرافین نینو پیچ ٹیرا ہرٹز اینٹینا سرنی
نئے مواد کی تحقیق نسبتاً نئی سمت ہے۔ توقع کی جاتی ہے کہ مواد کی جدت روایتی انٹینا کی حدود کو توڑ کر مختلف قسم کے نئے اینٹینا تیار کرے گی، جیسے کہ قابلِ ترتیب میٹا میٹریل، دو جہتی (2D) مواد وغیرہ۔ مواد اور عمل ٹیکنالوجی کی ترقی. کسی بھی صورت میں، terahertz انٹینا کی ترقی کے لیے جدید مواد، درست پروسیسنگ ٹیکنالوجی اور نئے ڈیزائن کے ڈھانچے کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ terahertz انٹینا کے زیادہ فائدہ، کم قیمت اور وسیع بینڈوتھ کی ضروریات کو پورا کیا جا سکے۔
درج ذیل میں تین قسم کے terahertz انٹینا کے بنیادی اصول متعارف کرائے گئے ہیں: دھاتی اینٹینا، ڈائی الیکٹرک اینٹینا اور نئے مادی اینٹینا، اور ان کے اختلافات اور فوائد اور نقصانات کا تجزیہ کرتے ہیں۔
1. دھاتی اینٹینا: جیومیٹری سادہ، پراسیس کرنے میں آسان، نسبتاً کم قیمت، اور سبسٹریٹ مواد کے لیے کم تقاضے ہیں۔ تاہم، دھاتی اینٹینا انٹینا کی پوزیشن کو ایڈجسٹ کرنے کے لیے ایک مکینیکل طریقہ استعمال کرتے ہیں، جو کہ غلطیوں کا شکار ہے۔ اگر ایڈجسٹمنٹ درست نہیں ہے تو، اینٹینا کی کارکردگی بہت کم ہو جائے گی. اگرچہ دھاتی اینٹینا سائز میں چھوٹا ہے، لیکن اسے پلانر سرکٹ کے ساتھ جمع کرنا مشکل ہے۔
2. ڈائی الیکٹرک اینٹینا: ڈائی الیکٹرک اینٹینا میں کم ان پٹ مائبادی ہوتی ہے، کم مائبادی پکڑنے والے کے ساتھ میچ کرنا آسان ہے، اور پلانر سرکٹ سے جڑنا نسبتاً آسان ہے۔ ڈائی الیکٹرک انٹینا کی ہندسی شکلوں میں تتلی کی شکل، ڈبل یو شکل، روایتی لوگاریتھمک شکل اور لوگارتھمک متواتر سائن کی شکل شامل ہیں۔ تاہم، ڈائی الیکٹرک اینٹینا میں بھی ایک مہلک خامی ہوتی ہے، یعنی موٹی سبسٹریٹ کی وجہ سے سطح کی لہر کا اثر۔ حل یہ ہے کہ ایک لینس لوڈ کیا جائے اور ڈائی الیکٹرک سبسٹریٹ کو EBG ڈھانچے سے تبدیل کیا جائے۔ دونوں حلوں کے لیے جدت اور عمل کی ٹیکنالوجی اور مواد کی مسلسل بہتری کی ضرورت ہوتی ہے، لیکن ان کی بہترین کارکردگی (جیسے کہ ہمہ جہتی اور سطحی لہر کو دبانا) ٹیرا ہرٹز اینٹینا کی تحقیق کے لیے نئے آئیڈیاز فراہم کر سکتی ہے۔
3. نئے مادی اینٹینا: اس وقت کاربن نانوٹوبس سے بنے نئے ڈوپول اینٹینا اور میٹا میٹریلز سے بنے نئے اینٹینا ڈھانچے نمودار ہوئے ہیں۔ نیا مواد نئی کارکردگی میں پیش رفت لا سکتا ہے، لیکن بنیاد مواد سائنس کی اختراع ہے۔ فی الحال، نئے مادی اینٹینا پر تحقیق ابھی بھی تحقیقی مرحلے میں ہے، اور بہت سی کلیدی ٹیکنالوجیز کافی پختہ نہیں ہیں۔
خلاصہ یہ کہ مختلف قسم کے ٹیرا ہرٹز انٹینا ڈیزائن کی ضروریات کے مطابق منتخب کیے جا سکتے ہیں:
1) اگر سادہ ڈیزائن اور کم پیداواری لاگت درکار ہو تو دھاتی اینٹینا کا انتخاب کیا جا سکتا ہے۔
2) اگر اعلی انضمام اور کم ان پٹ رکاوٹ کی ضرورت ہو تو، ڈائی الیکٹرک اینٹینا کا انتخاب کیا جا سکتا ہے۔
3) اگر کارکردگی میں پیش رفت کی ضرورت ہو تو، نئے مادی اینٹینا کا انتخاب کیا جا سکتا ہے۔
مندرجہ بالا ڈیزائن بھی مخصوص ضروریات کے مطابق ایڈجسٹ کیا جا سکتا ہے. مثال کے طور پر، زیادہ فوائد حاصل کرنے کے لیے دو قسم کے اینٹینا کو ملایا جا سکتا ہے، لیکن اسمبلی کے طریقہ کار اور ڈیزائن ٹیکنالوجی کو زیادہ سخت تقاضوں کو پورا کرنا چاہیے۔
اینٹینا کے بارے میں مزید جاننے کے لیے، براہ کرم ملاحظہ کریں:
پوسٹ ٹائم: اگست 02-2024
