Grafen umożliwia komunikację w paśmie terahertzowym
Częstotliwości THz mogą znaleźć wiele różnych zastosowań w dziedzinie telekomunikacji, ale także obrazowania i detekcji. Jednak wszystkie te zastosowania wymagają anten THz. W ramach finansowanego ze środków UE projektu RASTREO (Multi-reconfigurable antenna solutions based on reflectarray technology) naukowcy badali właściwości grafenu z zamiarem opracowania anten reflektorowych THz. Antena reflektorowa łączy w sobie wszystkie zalety reflektora parabolicznego z płaszczyznową konstrukcją fazowanego układu antenowego. Grafen to pojedyncza warstwa atomów węgla uporządkowana w strukturę plastra miodu. Jest on półprzewodnikiem umożliwiającym propagację modów plazmonicznych w częstotliwościach THz. Ponadto możliwe jest precyzyjne kontrolowanie jego przewodności przy pomocy pola elektrycznego. Naukowcy uczestniczący w projekcie RASTREO uzyskali dynamiczne przestrajanie na częstotliwości 1,3 THz. Obliczono współczynnik odbicia prostokątnej płytki grafenu, będący funkcją wielkości płytki oraz jego potencjału chemicznego. Uzyskano maksymalną zmienność fazy dla płytki grafenu o wielkości 10 μm, wynoszącą około 300 stopni, co wystarcza do wytworzenia wiązki kołowej promieniowania. Wyniki tych prac pozwoliły na zaprojektowanie i przeanalizowanie anteny reflektorowej. W przypadku konwencjonalnej anteny reflektorowej potrzeba by 489 złotych elementów o wielkości około 100 μm każdy. Uczestnicy projektu RASTREO wykorzystali ponad 25 000 elementów grafenowych. Doświadczalny prototyp wytworzono jako monolit, dzięki czemu duża liczba elementów nie miała wpływu na koszty. Grafenowa antena reflektorowa została zaprojektowana w taki sposób, aby emitować wiązkę kołową promieniowania ze stratą wynoszącą od 0,5 dB do 6 dB w paśmie 1,1 THz – 1,6 THz. Szczegóły konstrukcji i testy działania opisano w dwóch artykułach opublikowanych w czasopismach naukowych oraz prezentowanych na międzynarodowych konferencjach. Projekt RASTREO zapoczątkował bardzo obiecujący kierunek badań, dzięki któremu mogą powstać nowe ciekawe rozwiązania z zakresu komunikacji wewnętrznej i satelitarnej. Do uczestników projektu zgłaszają się już liczne podmioty zainteresowane przyszłą współpracą.
Słowa kluczowe
Grafen, rekonfigurowalna antena, częstotliwości terahertzowe, antena reflektorowa, atomy węgla, komunikacja satelitarna
