Maaaring Magbigay ng Pagsulong sa Telekomunikasyon ang 3D Printing sa Pamamagitan ng Compact Beam Generators

A team of researchers from Xi’an Jiaotong University in China recently showcased prototypes of 3D-printed orbital angular momentum (OAM) Vortex Beam generators. These devices could improve data transmissions for 5G/6G wireless networks, image scanning, and much more. Here is what you need to know about compact beam generators and how they have the potential to enhance communications.

Mga Pangangailangan ng 5G/6G

Ang karera para makamit ang maaasahang mga network ng 5G/6G ay patuloy sa buong mundo. Ang mga bansa tulad ng Tsina at Estados Unidos ay patuloy na naglalaban upang mapabuti ang mga millimeter-wave (mm-Wave) wireless system dahil pareho nilang hinahangad na maging pangunahing tagapagbigay ng network sa hinaharap. Kapansin-pansin, ang mga 5G network ay gumagamit ng millimeter waves upang mapabuti ang throughput, performance, at mabawasan ang latency. Sa ngayon, ang mga network na ito ay nagbibigay ng malinaw, epektibo, at hindi madaling maapektuhan ng interference na komunikasyon saan man ito ginagamit.

Mga Generator ng Orbital Angular Momentum (OAM) Vortex Beam

Upang lumikha ng mga high-capacity na data stream, ang mga mananaliksik ay nagsuri ng iba’t ibang pamamaraan. Isang partikular na kawili-wiling paraan na patuloy na nagpapakita ng potensyal ay ang Orbital Angular Momentum (OAM) Vortex Beam generators. Ang mga aparatong ito ay lumilikha at nagmamanipula ng optical vortex beams na may spiral phase.

Upang makabuo ng paikot na liwanag, ang mga aparatong ito ay nag-iintegrate ng linear na nagbabagong optical paths na bumabalot sa paligid ng isang optical device. Kapag tama ang pagkakagawa at paggamit, ang mga ito ay malaki ang pagpapabuti sa spectral efficiency at kapasidad ng komunikasyon.

Mga Problema sa Kasalukuyang Pamamaraan ng Paggawa ng OAM Vortex Beam Generators

Bagaman itinuturing ng marami ang vortex beam generators bilang hinaharap ng 5G/6G communications, may ilang isyu sa kasalukuyang mga aparato na kailangang malampasan upang maging angkop ang teknolohiya para sa pang-araw-araw na integrasyon. Una, ang kasalukuyang mga beam generator ay may mababang kahusayan. Ang mga yunit ngayon ay hindi nagbibigay ng pinakamataas na pagbuo ng beam at may limitasyon sa bandwidth ng server.

Gastos sa Paggawa ng Beam Generators

Isa pang malaking kahinaan ng mga beam generator ngayon ay ang mataas na gastos sa paggawa. Ang mga aparatong ito ay nangangailangan ng napakataas na precision. Dahil dito, maaari silang magkaroon ng komplikadong proseso ng pagmamanupaktura na, kung hindi tama ang pagkakagawa, ay mag-iiwan sa aparato na madaling maapektuhan ng hindi kanais-nais na interference.

Pag-aaral sa Beam Generators

Ang kamakailang pag-aaral¹ na inilathala sa journal ng Optica Publishing Group na Optics Express ay nagpakilala ng bagong pamamaraan ng pagmamanupaktura para sa mga aparatong ito na maaaring makatulong sa pagpapabuti ng precision at pagpapababa ng gastos. Ipinakilala ng pag-aaral ang isang makabagong paraan ng 3D printing ng OAM beam generator na kayang lumikha ng high-capacity vortex beams.

Partikular na nilikha ng mga mananaliksik ang aparato upang gumana bilang antenna system para sa Ka-band wireless communication system. Ang aparato ay nag-iintegrate ng iba’t ibang tampok, kabilang ang interference filter, power divider, phase shifter, transmission line, at mga radiator, sa isang solong printed unit.

3D-Printed OAM Beam Generators

Ang OAM beam generator ay na-print gamit ang monolithic design at selective laser melting (SLM) 3D-printing technology. Ang mga mananaliksik ay nagbuo ng aparato gamit ang alloy at may mga puwang na puno ng hangin. Ang disenyo na ito ay nagtiyak na ang aparato ay may minimal na dielectric losses kapag ginagamit.

Ang mga nakaraang pagsubok na lumikha ng mas epektibong beam generators ay nag-integrate ng maraming power devices at phase shifters. Natuklasan ng mga pagsubok na ang estrukturang ito ay nagdudulot ng pagtaas ng interference at dielectric losses. Dahil dito, ang all-metal na one-piece na yunit ay itinuturing na pinakamahusay na disenyo para sa mga gawain.

Power Divider

Ang bagong disenyo ay naglalaman ng gain-filtering features na dinisenyo upang mapabuti ang katumpakan at sensitivity. Ang koponan ay lumikha ng isang purpose-built na 1-to-8 power filter divider na pinagsama ang walong phase delay lines sa twisted waveguides upang paghiwalayin ang mga signal at ipadala ang mga ito sa mga itinalagang ruta na dinisenyo upang alisin ang interference.

Integrated Gain-Filtering

Ang pag-alis ng interference ay may maraming layunin. Una, nagbibigay ito ng mas maraming bandwidth, na maaaring magamit upang magdala ng mas maraming datos mula sa karagdagang signal strength. Dagdag pa, pinapayagan nito ang mga mananaliksik na i-fine-tune ang mga signal na nais nilang matanggap, tinatanggal ang mga hindi kanais-nais na signal sa pinagmulan. Mula roon, ang mga signal ay ipinapadala sa isang circular antenna array upang tapusin ang kanilang pag-align.

Mga Computer Simulation ng Beam Generators

Pagkatapos, isinama ng koponan ang mga advanced na computer simulation upang higit pang i-fine-tune ang kanilang beam generator. Pinahintulutan ng mga simulation ang koponan na magsagawa ng libu-libong pagsusuri upang matuklasan ang eksaktong disenyo na magpapahusay sa in-band signal transmission at epektibong out-of-band suppression.

Mga Resulta ng Pag-aaral sa Beam Generators

Ang mga resulta ng pag-aaral ay nagpakita ng pangako. Una, ang bagong aparato ay maaaring makatulong sa paglutas ng mga isyu ng overload para sa mga hinaharap na wireless communications system. Natuklasan ng koponan na ang aparato ay nagbawas ng interference, nagtaas ng pangunahing signal, at kayang makamit ang OAM beams na may model number l =+1.

Ang mga aparatong ito ay maaaring makatulong sa paglutas ng mga isyu ng overload kapag isinama sa mga tore. Maliit ang mga ito at maaaring i-install sa hindi permanenteng o permanenteng paraan sa panahon ng malalaking pagtitipon upang makatulong na mapagaan at maiwasan ang data overload sa mga network. Ang pamamaraang ito ay magbabawas ng dropped calls at mabagal na koneksyon sa network.

Natuklasan din ng koponan na ang all-metal na estruktura ay kapaki-pakinabang sa operasyon ng aparato. Partikular, ipinakita nito ang mas mataas na radiation efficiency at mas malaking power-handling capacity kumpara sa tradisyunal na mga pamamaraan. Ang yunit ay nag-produce ng 80% signal purity, na isang malaking pagbuti kumpara sa mga nakaraang pamamaraan. Dagdag pa, ang out-of-band suppression ay lumagpas sa 30 dB sa mga pangunahing direksyon.

Posibleng Mga Aplikasyon para sa Compact Beam Generators

May ilang mga aplikasyon para sa teknolohiyang ito, kabilang ang imprastruktura para sa 5g/6g wireless communication systems. Ang mga millimeter-wave wireless system na ito ay kailangang i-tune out ang interference upang matiyak ang pinakamataas na paglipat ng datos.

Remote Sensing at Imaging

Isa pang mahalagang gamit ng aparatong ito ay upang mapabuti ang remote sensing at imaging systems. Ang mga aparatong ito ay maaaring magbigay ng mas detalyadong impormasyon kumpara sa kasalukuyang mga opsyon, na nagbibigay-daan sa mga mananaliksik na magsagawa ng mas masusing pag-scan ng mga lokasyon na nasa ilalim ng mabigat na kagubatan, sa ilalim ng tubig, o nakabaon sa mga disyerto.

Paggamit sa Militar

Ang paggamit ng microwave radar systems ay makakatulong upang mapabuti ang multi-target tracking. Ang kasalukuyang digmaan ay patuloy na umaasa sa maliliit na unmanned systems na mura, madaling gawin, at maaaring iakma para sa iba’t ibang gawain. Ang pagsubaybay sa mga aparatong ito ay naging mahalagang bahagi ng mga operasyong militar. Ang paggamit ng OEM beam generators ay maaaring makatulong sa pagpapabuti ng gawaing ito, na posibleng makapagliligtas ng buhay.

Mga Benepisyo na Dinadala ng Compact Beam Generators sa Merkado

Ang pananaliksik na ito ay nagdadala ng ilang mga benepisyo. Una, ang proseso ng pagmamanupaktura ay mas mura kaysa sa tradisyunal na mga pamamaraan na nangangailangan ng maraming komponent na ginawa sa iba’t ibang lokasyon at pagkatapos ay ipinadala sa isang assembly plant. Ang 3D printing method ay hindi nangangailangan ng karagdagang hakbang.

Integrated Gain-Filtering

Isa sa mga pangunahing benepisyo ay ang integrated gain filtering. Nakapagpatakbo ang mga mananaliksik ng mga simulation ng eksaktong hugis ng kanilang aparato upang palakasin ang mga nais na signal habang binabawasan ang interference sa buong channel. Dahil walang gumagalaw na bahagi at ang buong aparato ay isang solong yunit, ang kakayahang ito ay malaking pag-angat.

Mababang Gastos

Mas mura nang mag-print ng isang solong yunit kaysa mangolekta at mag-assemble ng karagdagang external components. Ang paggamit ng monolithic na estruktura ay nagbabawas ng gastos sa pag-assemble ng mga elemento. Ibig sabihin din nito na ang mga aparatong ito ay maaaring likhain sa site sa mga 3D printing facilities kung saan kinakailangan.

Precision

Ang pangunahing benepisyo ng disenyo ng beam generator ay nagbibigay ito ng tumpak na pag-align ng mga komponent sa bawat pagkakataon. Napakahirap at matagal gawin ang ganitong antas ng pag-align gamit ang maraming bahagi na kailangang pagsamahin. Ang 3D printing alloy additive manufacturing method ay nagbigay-daan sa koponan na lumikha ng komplikadong mga disenyo na nagpapahusay sa signal transmission nang walang anumang gumagalaw na bahagi.

Mga Mananaliksik ng Beam Generators

Ang mga pangunahing mananaliksik sa proyektong ito ay sina Jianxing Li at Yuanxi Cao mula sa Xi’an Jiaotong University sa Tsina. Ngayon, ang koponan ay naglalayong palawakin ang kanilang pagsusuri upang makita ang kakayahan ng kanilang imbensyon sa iba’t ibang frequency at signal. Ang kanilang layunin ay makahanap ng direktang balanse sa pagitan ng signal transmission at mga regulasyong pamantayan.

Mga Kumpanya na Maaaring Makinabang mula sa Pag-aaral ng 3D Printed Beam Generators

Maraming kumpanya ang maaaring makakita ng malaking pag-angat sa kanilang mga alok sa pamamagitan ng pag-integrate ng teknolohiyang ito sa pag-aaral. Ang mga kumpanyang ito ay mula sa sektor ng telekomunikasyon hanggang sa mga 3D printing firms at militar. Narito ang dalawang kumpanya na handang samantalahin ang mga pag-unlad na ito sa mga susunod na buwan.

1. Materialise NV

Ang Belgium-based na Materialise NV (MTLS ) ay pumasok sa merkado noong 1990. Ang mga tagapagtatag nito, sina Wilfried Vancraen at Hilde Ingelaere, ay nais lumikha ng isang one-stop shop para sa mga negosyo na naghahanap ng additive manufacturing software at 3D printing solutions. Ngayon, ito ay gumagana bilang isang mabilis na lumalago, sustainable na 3D printing production provider.

Ang Materialise ay mula nang ilunsad ay pumasok sa maraming sektor ng additive manufacturing. Ang kumpanya ay nag-aalok ng 3D-printed surgical guides at implants kasabay ng mabilis na prototyping. Kamakailan din ay nagdagdag ang kumpanya ng isang consumer-facing platform para sa mga 3D printing services, na nagbubukas ng pintuan para sa karagdagang kita.

Ang stock ng Materialise NV ay patuloy na bumababa sa nakaraang 5 taon habang inaayos ng kumpanya ang mga produkto at prototype nito. Gayunpaman, ang pababang trend na ito ay inaasahang babaliktad dahil ilang analyst ang naglista ng kapanapanabik na 3-buwang price forecast na nagpakita ng potensyal na pagtaas ng 60.67% na may 90% na posibilidad. Dahil dito, patuloy na nakakaakit ang Materialise ng mga bagong mamumuhunan.

2. Frontier Communications Parent Inc

Ang Frontier Communications Parent Inc (FYBR ) ay pumasok sa merkado noong 1935. Ang Texas-based na telecommunications provider na ito ay mabilis na pinalawak ang operasyon nito upang isama ang iba’t ibang opsyon sa data transmission, kabilang ang data, internet, video, voice, hardware, at network solutions.

Ang kumpanya ay may kasalukuyang Market Cap na $8.66B at patuloy na nagpapakita ng malakas na senyales ng pag-angat. Sa kasalukuyan, ang FYBR stock ay nakalista sa ilang recommendation lists dahil sa potensyal nitong tumaas at sa matatag na posisyon ng kumpanya.

Compact Beam Generators – Ang Hinaharap ng Telekomunikasyon

Bagaman marami pang pagsubok ang kailangang gawin bago mo makita ang 3D-printed compact beam generators sa iyong kapitbahayan, napatunayan na ang teknolohiya ay maayos. Dahil dito, hindi magtatagal bago makatulong ang mga aparatong ito na i-tune ang iyong wireless systems, pinapabuti ang kanilang saklaw at kakayahan. Sa ngayon, karapat-dapat kilalanin ang mga mananaliksik na ito para sa kanilang natatanging lapit sa isang matagal nang isyu sa merkado ng wireless systems.

Alamin ang iba pang magagandang pag-unlad sa additive manufacturing now.

Sanggunian ng Pag-aaral:

^{1. Li, J., Wu, S., Li, Z., Cao, Y., & Xu, K.-D. (2024). 3D-printed OAM beam generator na may pinahusay na katangian ng out-of-band gain filtering. Optics Express, 32(26), 47285–47295. https://doi.org/10.1364/OE.542046}