加州大學洛杉磯分校研究人員在國防高級研究計劃局的支持下，正在開發(fā)一種新型電磁波路由器，這種裝置將真正實現(xiàn)無限帶寬。
我們的手機和電腦使用電磁波發(fā)送和接收信息——同時，通過這些電磁波，我們的設備能夠上傳照片和下載應用程序。但是，在當前的電磁頻譜上，我們所能使用的帶寬很有限。
工程師設想，如果無線設備能夠以相同的頻率發(fā)送和接收信息，那么這樣的限制就會被打破。但是該方法本身存在問題，即，如果以相同的頻率接收和發(fā)射電磁波，則通常情況下會發(fā)生彼此干擾。(這就是相同頻率的無線電臺在相隔較近時會導致信號中斷。)
加州大學洛杉磯分校電氣工程師開發(fā)的新型裝置恰好可以解決該問題。研究人員證明，這種循環(huán)器——即一種從不同端口發(fā)送和接收電磁波的微小設備——可以共用一根天線，并同時發(fā)送和接收信號。如果信息發(fā)送頻率與接收頻率相同，則將芯片上可用于傳輸數(shù)據(jù)的頻譜空間擴大一倍。
日前，《自然》雜志出版的開源期刊《科學報告》發(fā)表了一篇有關該項工作的論文。
上一代循環(huán)器使用的是磁性材料，并且不能并入當前的微芯片中，同時對于當今的智能手機和其他設備來說，沒有足夠的帶寬。加州大學洛杉磯分校所制造的原型裝置使用同軸電纜為電磁波分配傳遞非磁性材料的路徑，而在未來，這種裝置最終將可能使用硅基或其他半導體材料。
該裝置設計的關鍵是采用名為“順序切換延遲線”的方法，類似于運輸工程師將客運列車從一條規(guī)定調度至另一條軌道，該方法能夠確保多輛列車同時進出火車站，并即使在只有幾條軌道可用的情況下也能避免發(fā)生碰撞。
“在一個繁忙的火車站中，會主動為火車切換駛入或駛離的軌道，并盡量縮短其為進出車站而停車的時間，負責領導本次研究的研究人員稱：“這基于相同的原理，就是在芯片中采用相同頻率的電磁波傳遞信息。”
該團隊使用市場上能夠購買到的零件制作了原型機，并且現(xiàn)在正在使用特制的芯片進行測試。
該設計包括六條傳輸線，其中，所有傳輸線都具有相同的長度，并且由五個開關連接。為了分配電磁波，開關依次打開和關閉，如此能夠允許同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)信號。
之前的研究都表明，使用相同的電磁頻率能同時發(fā)送和接收信號，而這可以調整信號。但是，研究人員表示，新的設計能夠實現(xiàn)無限的帶寬。
可通過當前的芯片制造工藝進行制造，并且與幾乎所有行業(yè)標準設計兼容。之前概念所需要的組件無法滿足當前的行業(yè)標準，或者僅在狹窄的頻帶中工作。研究人員說，加州大學洛杉磯分校制造的新型循環(huán)器能夠在無線電最低頻率到最高頻率之間工作，甚至可能在光譜中的可見光部分工作。
研究人員說：“就像電容器或電阻器，這種裝置能夠為電磁波分配路徑，并且屬于各種電路中的基本構建模塊，同時，無限帶寬將引發(fā)手機、汽車傳感器甚至量子計算機的設計革命。”
研究小組最近獲得了國防高級研究計劃局微系統(tǒng)技術辦公室劃撥的220萬美元，用于研制微芯片的使用器件。 (中國船舶工業(yè)綜合技術經(jīng)濟研究院 程大樹)
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