日本科学家开发出高效的256元无线供电收发器阵列

日本科学家开发出高效的256元无线供电收发器阵列 东京理工大学的科学家们为非视距 5G 通信设计了一种创新的 256 元无线供电收发器阵列。这种新颖的设计具有高效的无线电力传输和高功率转换效率，即使在链路阻塞的区域也能增强 5G 网络的覆盖范围。灵活性和覆盖范围的增强有可能使高速、低延迟通信更加普及。毫米波 5G 通信使用极高频无线电信号（24 至 100 GHz），是下一代无线通信的一项前景广阔的技术，具有高速度、低延迟和大网络容量的特点。然而，当前的 5G 网络面临两大挑战。首先是低信噪比（SNR）。高信噪比是实现良好通信的关键。另一个挑战是链路阻塞，即由于建筑物等障碍物导致发射器和接收器之间的信号中断。拟议的收发器设计可实现高功率转换效率和转换增益，即使在链路阻塞的地区也能增强 5G 网络的覆盖范围。来源：2024 年 IEEE MTT-S 国际微波研讨会波束成形是使用毫米波进行长距离通信的一项关键技术，可提高信噪比。这种技术利用传感器阵列将无线电信号聚焦成特定方向的窄波束，类似于将手电筒光束聚焦在一个点上。然而，它仅限于视距通信，即发射器和接收器必须在一条直线上，而且接收到的信号会因障碍物而变差。此外，混凝土和现代玻璃材料也会造成较高的传播损耗。因此，迫切需要一种非视距（NLoS）中继系统来扩大 5G 网络的覆盖范围，尤其是在室内。为了解决这些问题，东京工业大学（Tokyo Institute of Technology，简称"东京工业"）未来科学技术跨学科研究实验室的白根敦（Atsushi Shirane）副教授领导的研究团队设计了一种新型无线供电中继收发器，用于 28 GHz 毫米波 5G 通信（如图 1 所示）。他们的研究成果发表在《2024 年 IEEE MTT-S 国际微波研讨会论文集》上。电路板包括砷化镓二极管、平衡集成电路、DPDT 开关集成电路和数字集成电路。该电路从 24GHz WPT 信号产生直流，同时将 28GHz 射频信号下变频为 4GHz 中频信号。资料来源：2024 年 IEEE MTT-S 国际微波研讨会Shirane在解释他们的研究动机时说："此前，针对NLoS通信，人们探索了两种类型的5G中继：有源类型和无线供电类型。虽然有源中继器即使在整流器阵列较少的情况下也能保持良好的信噪比，但其功耗较高。无线供电型不需要专用电源，但由于转换增益低，需要许多整流器阵列来维持信噪比，而且使用的 CMOS 二极管的功率转换效率低于 10%。我们的设计解决了这些问题，同时还使用了市场上可买到的半导体集成电路 (IC)"。拟议的收发器由 256 个整流器阵列组成，具有 24 GHz 无线功率传输 (WPT)。这些阵列由分立集成电路（包括砷化镓二极管）、平衡器（连接平衡和不平衡（bal-un）信号线）、DPDT 开关和数字集成电路组成（参见图 2）。值得注意的是，收发器能够同时进行数据和功率传输，将 24 GHz WPT 信号转换为直流电（DC），同时促进 28 GHz 双向传输和接收。24 GHz 信号在每个整流器上单独接收，而 28 GHz 信号则利用波束成形技术进行传输和接收。两个信号可以从相同或不同的方向接收，28 千兆赫信号既可以通过 24 千兆赫先导信号的逆反射传输，也可以从任何方向传输。测试表明，与传统收发器相比，拟议的收发器可实现 54% 的功率转换效率和 -19 分贝的转换增益，同时还能保持长距离信噪比。此外，它还可实现约 56 毫瓦的发电量，并可通过增加阵列数量进一步提高发电量。这还可以提高发射和接收波束的分辨率。Shirane谈到他们的设备的好处时说："即使在链路受阻的地方，拟议的收发器也能为毫米波5G网络的部署做出贡献，提高安装灵活性并扩大覆盖范围。"这种新型收发器将使 5G 网络更加普及，让所有人都能享受高速、低延迟的通信。编译自/scitechdaily ... PC版： 手机版：

使用计算机电源模块从气隙系统中（无线）传输数据（至少两米）

使用计算机电源模块从气隙系统中（无线）传输数据（至少两米） COVID-bit: Keep a Distance of (at least) 2m From My Air-Gap Computer! 蹭病毒热度是吧

DARPA计划测试无人机飞行时通过功率波束进行无线充电

DARPA计划测试无人机飞行时通过功率波束进行无线充电 图中的 MQ9-Reaper（目前使用的是内燃机）在这一高度的飞行，简单地说明了 Ifana Mahbub 博士正试图利用动力光束技术克服的壮举你可能已经对无线充电技术有所了解；一些手机已经使用近场无线技术，通过低频电磁波在很短的距离内为电池充电。这看起来像是黑魔法，但实际上并不复杂。充电装置是一个产生电磁场的线圈，接收端（如手机中的线圈）捕捉电磁波，产生电流，然后输入电池。马赫布布和她的团队正在研究远场技术，以便将电磁波发送到更远的地方。具体来说，就是完全消除无人机返回基地（RTB）更换电池或充电的需要，这可能会浪费宝贵的时间和资源，更不用说可能会对手头的任务造成损害。如果您能在无人机飞行时为其电池充电，为什么还要召回它呢？Ifana Mahbub 博士使用 Millibox 检查天线的空中性能 得克萨斯大学，达拉斯最大的障碍之一是防止电磁波束在远距离散射和功率损耗。马赫布布想出了一个巧妙的办法，那就是使用相控阵天线；这是一个由发射器和较小天线组成的系统，用于引导电磁波束沿着特定路径前进。她所创造的技术利用无人驾驶飞行器的实时遥测数据，确保视距连接，以获得最大充电量。马赫布说："信号可能会向不希望的方向发展。我们的目标是设计波形，从而最大限度地减少路径损耗。"军用无人机，如中高空长航时（MALE）无人机，设计飞行高度为 25000 英尺（7620 米），而高空长航时（HALE）无人机通常在 50,000 英尺（15240 米）的高度飞行。战术无人机的飞行高度一般在 2000 英尺（610 米）到 5000 英尺（1524 米）之间。一架 MQ9-Reaper 无人机目前使用的是 950 轴马力（712 千瓦）涡轮螺旋桨发动机，但它在未来的使用中可能会采用 Ifana Mahbub 博士正在开发的动力光束技术，由电池供电。 通用原子能公司这项技术还有许多其他用途。想想电动汽车一边充电一边在高速公路上行驶的情景吧。马赫布布还在研究无线充电技术，该技术可以在低频、安全、FCC 批准的水平上使用，有可能为人体内的医疗植入物充电。在空中发送足以给小型飞机充电的电磁波听起来可能很可怕，但多年来我们一直在做类似的事情。无线电广播、电视广播、手机服务、雷达、Wi-Fi 甚至 GPS 都在使用电磁波。不过，充电时站在发射器和无人机之间可能不是明智之举。 ... PC版： 手机版：

科学家开发出突破性微型光纤激光器 更锐利、更小巧、更智能

科学家开发出突破性微型光纤激光器 更锐利、更小巧、更智能 基于氮化硅光子集成电路的全封装混合集成铒激光器的光学图像，可提供光纤激光器相干性和以前无法实现的频率可调谐性。资料来源：Andrea Bancora 和 Yang Liu（洛桑联邦理工学院）光纤激光器使用掺杂稀土元素（铒、镱、钕等）的光纤作为光增益源（产生激光的部分）。光纤激光器能发出高质量的光束，输出功率高，效率高，维护成本低，经久耐用，而且体积通常比气体激光器小。光纤激光器也是低相位噪声的"黄金标准"，这意味着它们的光束可以长期保持稳定。尽管如此，人们对芯片级光纤激光器微型化的需求仍在不断增长。基于铒的光纤激光器尤其令人感兴趣，因为它们符合保持激光器高相干性和稳定性的所有要求。但是，要实现光纤激光器的微型化，就必须在小尺度上保持其性能。现在，EPFL的刘洋博士和 Tobias Kippenberg 教授领导的科学家们制造出了首台芯片集成的掺铒波导激光器，其性能接近光纤激光器，将宽波长可调谐性与芯片级光子集成的实用性相结合。这一突破发表在《自然-光子学》（Nature Photonics）上。制造芯片级激光器研究人员采用最先进的制造工艺开发出了芯片级铒激光器。他们首先在超低损耗氮化硅光子集成电路的基础上构建了一个一米长的片上光腔（一组提供光反馈的反射镜）。刘博士说："尽管芯片尺寸小巧，但我们却能将激光腔设计成米级长度，这要归功于这些微oring谐振器的集成，它们能在不增大设备物理尺寸的情况下有效延长光路。"然后，研究小组在电路中植入高浓度铒离子，选择性地产生激光所需的有源增益介质。最后，他们将电路与 III-V 族半导体泵浦激光器集成，以激发铒离子，使其发光并产生激光束。基于掺铒光子集成电路的混合集成激光器的光学图像，该激光器具有光纤激光相干性和以前无法实现的频率可调谐性。资料来源：Yang Liu（洛桑联邦理工学院）为了完善激光器的性能并实现精确的波长控制，研究人员设计了一种创新的腔内设计，其特点是基于微孔的 Vernier 过滤器，这是一种可以选择特定光频的光学过滤器。滤波器可在很大范围内对激光波长进行动态调整，从而使其在各种应用中都能发挥作用。这种设计支持稳定的单模激光，其内在线宽仅为 50 Hz，非常窄，令人印象深刻。它还具有显著的边模抑制功能激光器能够以单一、稳定的频率发光，同时将其他频率（"边模"）的强度降至最低。这确保了高精度应用在整个光谱范围内的"干净"和稳定输出。这种芯片级铒光纤激光器的输出功率超过 10 mW，边模抑制比超过 70 dB，性能优于许多传统系统。它还具有非常窄的线宽，这意味着它发出的光非常纯净和稳定，这对于传感、陀螺仪、激光雷达和光学频率计量等相干应用非常重要。基于微光的 Vernier 滤波器使激光器在 C 波段和 L 波段（用于电信的波长范围）内具有 40 nm 的宽波长可调谐性，在调谐和低光谱尖刺指标（"尖刺"是不需要的频率）方面都超越了传统光纤激光器，同时与当前的半导体制造工艺保持兼容。将铒光纤激光器微型化并集成到芯片级设备中可降低其总体成本，使其可用于电信、医疗诊断和消费电子等领域的便携式高度集成系统。它还可以缩小光学技术在其他各种应用中的规模，如激光雷达、微波光子学、光频合成和自由空间通信。"这种新型掺铒集成激光器的应用领域几乎是无限的，"Liu 说。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

大功率线圈的研发进展证明电动汽车无线充电技术已准备就绪

大功率线圈的研发进展证明电动汽车无线充电技术已准备就绪 ORNL 研究人员正在庆祝电动汽车上测试的最快无线充电器。它的工作功率为 100 千瓦，效率高达 96% Genevieve Martin/ORNL, 美国能源部电能通过电磁场的相互作用从充电器传输到设备，这种曾经的黑魔法现在被认为是一种安全、方便、高效的工作方式。不过，这种技术在电动汽车领域还没有真正普及开来，这主要是因为其功率水平与快速充电领域相去甚远。例如，根据Verified Market Reports 的数据，目前市面上最快的电动汽车无线充电板之一是 Hevo 的 12 kW jobbie。这比墙壁插头要好；这是 2 级充电速度，每小时能让中等效率（3.5 英里/千瓦时，或 5.6 公里/千瓦时）的电动汽车行驶约 42 英里（68 公里），但这肯定不是你所希望的商业充电站的充电速度。这就是为什么橡树岭国家实验室（ORNL）宣布的新解决方案看起来非常有前景的原因。ORNL 的研究人员说，他们已经展示了有史以来速度最快、功能最强大的无线电动汽车充电器，这种"轻型多相电磁耦合线圈设计"的功率传输速度比 Hevo pad 快八倍多，足以让同一辆汽车在一小时内充电 350 英里（563 公里）。线圈直径略大于 14 英寸，是有史以来在车辆上测试的最快无线充电器 Genevieve Martin/ORNL, 美国能源部接收线圈安装在现代科纳电动汽车上，停在直径为 14 英寸的多相发射器上，中间有 5 英寸的空气间隙。经测量，该系统的功率为 100 千瓦，效率为 96%与优质电缆和插头的效率相当。研究人员指出，在台式实验室测试中，传统线圈技术的传输功率为 120 千瓦，但这是在汽车上测试过的最好功率多相线圈设计允许在尽可能小的线圈内实现最高的功率密度，使系统相对紧凑、方便。ORNL的奥马尔-奥纳尔（Omer Onar）在一份新闻稿中说："我们已经实现了该类汽车无线充电系统的全球最高功率密度。我们的技术达到的功率密度是传统线圈技术的8-10倍，可以在20分钟内将电池充电状态提高50%......这是一项突破性成就，为乘用电动汽车的快速高效无线充电打开了大门。"当然，任何无线充电解决方案（包括嵌入路面的无线充电解决方案）要想获得真正的发展势头，还需要做很多事情，首先是汽车制造商要确定标准，并在其车辆上安装接收线圈和充电设备。这有点像先有鸡还是先有蛋的问题：很少有制造商安装线圈，因为很少有公司大规模建设基础设施，反之亦然。但这确实是双方都希望实现的目标。也许特斯拉公司是实现这一目标的最佳选择，因为它不仅开发汽车，还拥有自己的快速充电网络。事实上，根据Energy Matters 的报道，特斯拉正在开发快速充电网络。尽管无线电动汽车充电技术还无法挑战电动汽车充电领域最快的有线连接，但它肯定能使无线电动汽车充电变得相对快速和高效。 ... PC版： 手机版：

大阪大学研究人员开发出柔韧可弯曲的光学传感器 揉成一团也能用

大阪大学研究人员开发出柔韧可弯曲的光学传感器 揉成一团也能用 在最近发表于《先进材料》（Advanced Materials）上的一项研究中，大阪大学科学与工业研究所（SANKEN）的研究人员在一种超薄柔性薄片上开发出了一种光学传感器，这种传感器可以弯曲而不会断裂。事实上，这种传感器非常灵活，即使被揉成一团也能正常工作。在照相机中，光学传感器是感应穿过镜头的光线的装置，类似于人眼的视网膜。传感器设计的创新"传统的光学传感器是使用无机半导体和铁电材料制造的，"该研究的主要作者 Rei Kawabata 说。"这使得传感器变得僵硬，无法弯曲。为了避免这个问题，我们研究了另一种探测光的方法。"与传统的光传感器不同，研究人员使用的是印在超薄聚合物基底（小于 5 微米）上的微小碳纳米管光电探测器阵列。当暴露在光线下时，碳纳米管会发热，形成热梯度，然后产生电压信号。在印刷过程中掺入化学载体可进一步提高纳米管的灵敏度。利用这些纳米管，可以测量可见光以及与热或分子有关的红外光。用于宽带红外热分析的集成有机电路的超灵活无线成像仪利用片状光学传感器对光、热和分子进行探测和成像。无线技术集成除了碳纳米管传感器，聚合物基板上还印有有机晶体管，将电压信号组织成图像信号。要读取这种信号，计算机不需要通过电线与传感器进行物理连接。取而代之的是一个无线蓝牙模块。该研究的资深作者荒木祯平说："有了这套无线系统，我们的成像仪就能附着在柔软和弯曲的物体上，对其表面或内部进行分析，而不会损坏它们。"集成了碳纳米管光电探测器和有机晶体管的片式光学传感器研究人员制作了薄片型光学传感器的原型，并测试了其感应人体手指或电线等物体的热量以及流经管道的葡萄糖的能力。他们发现，这种光学传感器在很宽的波长范围内都具有很高的灵敏度。此外，在室温和大气条件下，测试表明它具有很高的弯曲耐久性，即使被揉皱也能正常工作。这种无线测量系统和薄片型光学传感器的独特优势将为执行许多任务（如无需采样即可评估液体质量）带来更简单的新方法。研究人员认为，它在无损成像、可穿戴设备和软机器人等许多应用领域都大有可为。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：