哥倫比亞大學(xué)的這款新型毫米波循環(huán)器，將徹底改變無(wú)線(xiàn)VR技術(shù)

這種毫米波循環(huán)器可能徹底改變新興的5G蜂窩網(wǎng)絡(luò )，虛擬現實(shí)的無(wú)線(xiàn)鏈路和汽車(chē)雷達。

此前，在2月的IEEE國際固態(tài)電路大會(huì )上，哥倫比亞大學(xué)的電氣工程副教授Harish Krishnaswamy的小組推出了一種新器件：硅片上的第一個(gè)無(wú)磁體非互易循環(huán)器，這款循環(huán)器工作在毫米波頻率（頻率≧30GHz）。

近日，在這項工作的后續改進(jìn)工作中，Harish Krishnaswamy和Andrea Alu教授合作，繼續利用半導體工藝研制無(wú)磁體非互易部件，并在近日取得新進(jìn)展。新設備的研究成果和原理發(fā)表在《自然通訊》雜志上。

目前，大多數設備的信號傳輸過(guò)程是可逆的，即信號在兩設備之間可進(jìn)行正向和反向的傳輸。而不可逆設備，如循環(huán)器，其信號在正向和反向傳輸時(shí)經(jīng)過(guò)的是不同通道，因此信號是分離的，從而各路信號的傳輸是不會(huì )間斷的。但現有為數不多的不可逆設備，它們都是由特殊的磁性材料制作而成，且其體積龐大、價(jià)格高昂，因此不適合應用到消費者無(wú)線(xiàn)電子產(chǎn)品。

不同于傳統的不可逆設備，研究團隊使用同步的高速晶體管開(kāi)關(guān)，以不同的方式向前和向后傳播波形，以實(shí)現信號的正向和反向傳輸，形象的來(lái)看，正反向信號就像是兩列高速接近的火車(chē)，它們擦肩而過(guò)而不會(huì )碰撞到彼此。

值得注意的是，改進(jìn)后的這一器件有著(zhù)兩大亮點(diǎn)：一是其硬件由常規半導體組成，成本低；二是該器件的信號傳輸是在毫米波級別上實(shí)現全雙工無(wú)線(xiàn)傳輸。目前，幾乎所有的電子設備都是在較低頻率（低于6GHz）的半雙工模式下工作，這一情況很容易導致帶寬不夠用；而全雙工通信模式下，收發(fā)器的發(fā)射機和接收機在同一頻道上同時(shí)工作，會(huì )使帶寬內的數據容量加倍，亦不是優(yōu)選。

而這一新設備在更高的毫米波頻率上工作，開(kāi)啟了目前尚未使用的新帶寬，在一定程度上解決了采用全雙工通信方式存在的問(wèn)題。對此，Krishnaswamy解釋說(shuō)：“這相當于為我們開(kāi)發(fā)了更多的帶寬資源，我們的實(shí)驗室這幾年都在使用這一設備，它具有無(wú)損、緊湊和大帶寬的全雙工通信行為特點(diǎn)，可用于制造各種組件，如隔離器、回旋器和循環(huán)器。”

據了解，這一技術(shù)帶來(lái)的影響是非常大的，如在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，該器件可以用于制造低成本的全集成毫米波雷達，自動(dòng)駕駛的設施建構中，這些雷達的全雙工通信傳輸與自動(dòng)駕駛汽車(chē)中的超聲波和基于攝像機的傳感器一起工作，且它們可以在所有天氣條件下進(jìn)行24小時(shí)工作。

此外，該新型循環(huán)器也可用于構建VR耳機的毫米波全雙工無(wú)線(xiàn)鏈路，而目前，該耳機依賴(lài)有線(xiàn)連接或系統到計算設備。對此，Krishnaswamy表示：“為了平滑的無(wú)線(xiàn)VR體驗，需要在計算機和耳機之間來(lái)回傳送大量數據，需要低延遲雙向通信。我們的CMOS循環(huán)器支持的毫米波全雙工收發(fā)器可能是一個(gè)有希望的解決方案，因為它提供低延遲的高速數據，且具有低成本、小尺寸的特點(diǎn)。”

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