3D प्रिंटिंग जल्द ही टेलीकॉम्युनिकेशन्स को कॉम्पैक्ट बीम जेनरेटर के साथ बूस्ट दे सकती है

चीन के शीआन जियाओतोंग विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने हाल ही में 3D-प्रिंटेड कक्षीय कोणीय संवेग (OAM) भंवर बीम जनरेटर के प्रोटोटाइप प्रस्तुत किए। ये उपकरण 5G/6G वायरलेस नेटवर्क में डेटा संचार, इमेज स्कैनिंग और अन्य अनुप्रयोगों को बेहतर बना सकते हैं। छोटे आकार के बीम जनरेटर और संचार सुधारने की उनकी क्षमता के बारे में जानिए।

5G/6G की मांगें

विश्वभर में भरोसेमंद 5G/6G नेटवर्क विकसित करने की होड़ जारी है। चीन और अमेरिका जैसे देश भविष्य के प्रमुख नेटवर्क प्रदाता बनने के लिए मिलीमीटर-तरंग वायरलेस प्रणालियों को बेहतर बना रहे हैं। 5G नेटवर्क डेटा क्षमता और प्रदर्शन बढ़ाने तथा विलंब घटाने के लिए मिलीमीटर तरंगों का उपयोग करते हैं। आज ये नेटवर्क स्पष्ट, कुशल और हस्तक्षेप-प्रतिरोधी संचार प्रदान करते हैं।

कक्षीय कोणीय संवेग (OAM) वॉर्टेक्स बीम जेनरेटर

अधिक क्षमता वाली डेटा धाराएँ बनाने के लिए शोधकर्ताओं ने कई तरीकों की जाँच की है। इनमें कक्षीय कोणीय संवेग (OAM) भंवर बीम जनरेटर एक विशेष रूप से आशाजनक तरीका है। ये उपकरण सर्पिल फेज वाली ऑप्टिकल भंवर किरणें उत्पन्न और नियंत्रित करते हैं।

घूमती प्रकाश किरणें बनाने के लिए इन उपकरणों में ऐसे ऑप्टिकल पथ होते हैं जिनकी लंबाई उपकरण की परिधि के साथ रैखिक रूप से बदलती है। सही निर्माण और उपयोग से स्पेक्ट्रम की दक्षता तथा संचार क्षमता काफी बढ़ सकती है।

OAM वॉर्टेक्स बीम जेनरेटर के उत्पादन की वर्तमान विधियों की समस्याएँ

कई लोग भंवर बीम जनरेटर को 5G/6G संचार का भविष्य मानते हैं, लेकिन दैनिक उपयोग के लिए मौजूदा उपकरणों की समस्याएँ सुलझानी होंगी। उनकी दक्षता कम है, बीम उत्पादन अधिकतम नहीं है और बैंडविड्थ पर गंभीर सीमाएँ हैं।

बीम जेनरेटर निर्माण लागत

एक अन्य बड़ी कमी निर्माण की ऊँची लागत है। इन उपकरणों के लिए अत्यधिक सटीकता चाहिए। जटिल निर्माण प्रक्रिया में त्रुटि होने पर उपकरण अवांछित हस्तक्षेप के प्रति संवेदनशील हो सकता है।

बीम जेनरेटर अध्ययन

हालिया अध्ययन¹, जो Optica Publishing Group की पत्रिका Optics Express में प्रकाशित हुआ, सटीकता बढ़ाने और लागत घटाने वाली नई निर्माण विधि प्रस्तुत करता है। इसमें अधिक क्षमता वाली भंवर किरणें उत्पन्न करने वाला OAM बीम जनरेटर 3D प्रिंटिंग से बनाया गया है।

शोधकर्ताओं ने उपकरण को विशेष रूप से Ka-बैंड वायरलेस संचार प्रणाली के एंटीना के रूप में बनाया। हस्तक्षेप फ़िल्टर, पावर डिवाइडर, फेज शिफ्टर, ट्रांसमिशन लाइन और विकिरक एक ही मुद्रित इकाई में समाहित हैं।

3D-प्रिंटेड OAM बीम जेनरेटर

OAM बीम जनरेटर को एकल संरचना और चयनात्मक लेज़र गलन (SLM) 3D-प्रिंटिंग तकनीक से बनाया गया। मिश्रधातु के उपकरण में हवा से भरे अंतराल रखे गए। इससे उपयोग के दौरान डाइइलेक्ट्रिक हानियाँ न्यूनतम रहीं।

पिछले प्रयासों में कई पावर उपकरण और फेज शिफ्टर जोड़े गए थे। इससे हस्तक्षेप और डाइइलेक्ट्रिक हानियाँ बढ़ीं। इसलिए पूरी तरह धातु से बनी एकल इकाई को इस कार्य के लिए सर्वोत्तम डिज़ाइन माना गया।

पावर डिवाइडर

नए डिज़ाइन में सटीकता और संवेदनशीलता बढ़ाने के लिए गेन-फ़िल्टरिंग है। टीम ने विशेष 1-से-8 पावर फ़िल्टर डिवाइडर बनाया, जिसमें आठ फेज-विलंब लाइनों और मुड़े हुए वेवगाइडों को जोड़ा गया। यह संकेतों को अलग कर उन्हें हस्तक्षेप घटाने के लिए निर्धारित मार्गों पर भेजता है।

एकीकृत गेन-फ़िल्टरिंग

हस्तक्षेप हटाने के कई लाभ हैं। इससे बैंडविड्थ बढ़ती है और मजबूत संकेतों के माध्यम से अधिक डेटा भेजा जा सकता है। शोधकर्ता वांछित संकेतों को सटीक रूप से समायोजित और अवांछित संकेतों को स्रोत पर हटा सकते हैं। इसके बाद अंतिम संरेखण के लिए संकेत गोलाकार एंटीना सरणी में भेजे जाते हैं।

बीम जेनरेटर कंप्यूटर सिमुलेशन

टीम ने बीम जनरेटर को और बेहतर बनाने के लिए उन्नत कंप्यूटर सिमुलेशन किए। हजारों परीक्षणों से ऐसा सटीक डिज़ाइन मिला जो बैंड के भीतर संचार बेहतर और बैंड के बाहर संकेतों का दमन प्रभावी बनाता है।

बीम जेनरेटर अध्ययन परिणाम

अध्ययन के परिणाम आशाजनक हैं। नया उपकरण भविष्य की वायरलेस प्रणालियों में अत्यधिक भार की समस्या घटा सकता है। टीम ने पाया कि इससे हस्तक्षेप कम हुआ, मुख्य संकेत मजबूत हुआ और l = +1 मोड संख्या वाली OAM किरणें उत्पन्न हुईं।

टावरों में लगाने पर ये उपकरण अत्यधिक भार की समस्या घटा सकते हैं। छोटे आकार के कारण बड़ी भीड़ वाले स्थानों पर इन्हें अस्थायी या स्थायी रूप से लगाया जा सकता है। इससे नेटवर्क का डेटा भार घटेगा और कॉल कटने तथा धीमे कनेक्शन की समस्याएँ कम होंगी।

टीम ने पाया कि पूर्ण धातु संरचना से संचालन को भी लाभ मिला। पारंपरिक विधियों की तुलना में विकिरण दक्षता और शक्ति सँभालने की क्षमता अधिक थी। इकाई ने 80% संकेत शुद्धता दी, जो पिछले तरीकों से महत्वपूर्ण सुधार है। मुख्य दिशाओं में बैंड-बाह्य दमन 30 dB से अधिक था।

कॉम्पैक्ट बीम जेनरेटर के संभावित अनुप्रयोग

इस तकनीक के उपयोगों में 5G/6G वायरलेस संचार का बुनियादी ढाँचा शामिल है। अधिकतम डेटा संचार सुनिश्चित करने के लिए इन मिलीमीटर-तरंग प्रणालियों को हस्तक्षेप हटाना होता है।

रिमोट सेंसिंग और इमेजिंग

एक अन्य महत्वपूर्ण उपयोग रिमोट सेंसिंग और इमेजिंग को सुधारना है। उपकरण मौजूदा विकल्पों से अधिक विवरण दे सकते हैं, जिससे घने जंगलों से ढके, पानी के नीचे या रेगिस्तान में दबे स्थानों की अधिक व्यापक स्कैनिंग संभव होगी।

सैन्य उपयोग

माइक्रोवेव रडार प्रणालियाँ कई लक्ष्यों की निगरानी सुधार सकती हैं। आज के युद्ध में छोटे, सस्ते और आसानी से निर्मित मानवरहित उपकरण कई कार्य करते हैं। इनकी निगरानी सैन्य संचालन का महत्वपूर्ण हिस्सा है। OAM बीम जनरेटर यह कार्य बेहतर बनाकर जान बचा सकते हैं।

कॉम्पैक्ट बीम जेनरेटर से बाजार को मिलने वाले लाभ

यह शोध कई लाभ देता है। निर्माण प्रक्रिया उन पारंपरिक तरीकों से सस्ती है जिनमें अलग-अलग स्थानों पर बने पुर्जे असेंबली संयंत्र भेजे जाते हैं। 3D प्रिंटिंग में अतिरिक्त चरणों की जरूरत नहीं होती।

एकीकृत गेन-फ़िल्टरिंग

एक मुख्य लाभ एकीकृत गेन-फ़िल्टरिंग है। शोधकर्ताओं ने उपकरण के सटीक आकार का सिमुलेशन करके वांछित संकेत बढ़ाए और चैनल में हस्तक्षेप घटाया। चलने वाले पुर्जे न होने और पूरे उपकरण के एक इकाई होने से यह क्षमता बड़ा लाभ है।

कम लागत

अतिरिक्त बाहरी पुर्जे जुटाकर जोड़ने की तुलना में एक इकाई प्रिंट करना बहुत सस्ता है। एकल संरचना असेंबली लागत समाप्त करती है। जरूरत पड़ने पर उपकरण स्थानीय 3D-प्रिंटिंग सुविधाओं में भी बनाए जा सकते हैं।

सटीकता

डिज़ाइन का मुख्य लाभ हर बार पुर्जों का सटीक संरेखण है। कई अलग पुर्जे जोड़कर ऐसा करना कठिन और समय लेने वाला होता। मिश्रधातु की 3D एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग ने बिना चलने वाले पुर्जों के संचार बेहतर करने वाले जटिल डिज़ाइन संभव किए।

बीम जेनरेटर शोधकर्ता

परियोजना के प्रमुख शोधकर्ताओं में चीन के शीआन जियाओतोंग विश्वविद्यालय के Jianxing Li और Yuanxi Cao शामिल थे। अब टीम अलग आवृत्तियों और संकेतों पर आविष्कार की क्षमता जाँचने के लिए परीक्षण बढ़ाना चाहती है। लक्ष्य संकेत संचार और नियामक मानकों के बीच संतुलन बनाना है।

3D प्रिंटेड बीम जेनरेटर अध्ययन से लाभ उठा सकने वाली कंपनियाँ

दूरसंचार कंपनियों से लेकर 3D-प्रिंटिंग फर्मों और सैन्य संगठनों तक कई संस्थाएँ इस तकनीक से अपने उत्पाद बेहतर कर सकती हैं। आने वाले महीनों में लाभ उठा सकने वाली दो कंपनियाँ ये हैं।

1. Materialise NV

बेल्जियम की Materialise NV (MTLS ) 1990 में स्थापित हुई। संस्थापक Wilfried Vancraen और Hilde Ingelaere व्यवसायों को एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग सॉफ़्टवेयर तथा 3D-प्रिंटिंग समाधान एक ही स्थान पर देना चाहते थे। आज यह तेजी से बढ़ता टिकाऊ 3D-प्रिंटिंग उत्पादन प्रदाता है।

Materialise ने कई एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग क्षेत्रों में प्रवेश किया है। तेज प्रोटोटाइप निर्माण के अलावा यह 3D-प्रिंटेड सर्जिकल गाइड और इम्प्लांट देती है। हाल में उपभोक्ताओं के लिए 3D-प्रिंटिंग सेवा मंच जोड़कर अतिरिक्त आय के अवसर बनाए गए।

उत्पाद और प्रोटोटाइप विकसित करते समय पिछले पाँच वर्षों में Materialise NV का शेयर लगातार गिरा। लेकिन कई विश्लेषकों के तीन महीने के पूर्वानुमान में 90% संभावना के साथ 60.67% वृद्धि की संभावना दिखाई गई है। इसलिए कंपनी नए निवेशकों को आकर्षित करती रहती है।

2. Frontier Communications Parent Inc

Frontier Communications Parent Inc ने 1935 में बाजार में प्रवेश किया। टेक्सास के इस दूरसंचार प्रदाता ने डेटा, इंटरनेट, वीडियो, आवाज़, हार्डवेयर और नेटवर्क समाधान शामिल करने के लिए तेजी से विस्तार किया।

कंपनी का वर्तमान बाजार पूँजीकरण 8.66 अरब डॉलर है और इसमें मजबूत तेजी के संकेत बने हुए हैं। वृद्धि की संभावना और कंपनी की मजबूत स्थिति के कारण FYBR शेयर कई अनुशंसा सूचियों में है।

कॉम्पैक्ट बीम जेनरेटर – टेलीकॉम्युनिकेशन्स का भविष्य

आपके आसपास 3D-प्रिंटेड छोटे बीम जनरेटर दिखने से पहले काफी परीक्षण बाकी हैं, लेकिन तकनीक की व्यवहार्यता सिद्ध हो चुकी है। ये उपकरण जल्द वायरलेस प्रणालियों की रेंज और क्षमता बढ़ा सकते हैं। फिलहाल, लंबे समय से मौजूद समस्या के लिए अनोखा तरीका प्रस्तुत करने का श्रेय शोधकर्ताओं को जाता है।

एडिटिव मैन्युफैक्चरिंग की अन्य रोचक प्रगतियों के बारे में अब जानें।

अध्ययन संदर्भ:

^{1. Li, J., Wu, S., Li, Z., Cao, Y., & Xu, K.-D. (2024). बेहतर बैंड-बाह्य गेन-फ़िल्टरिंग विशेषता के साथ 3D-प्रिंटेड OAM बीम जेनरेटर. Optics Express, 32(26), 47285–47295. https://doi.org/10.1364/OE.542046}