通向6G的钥匙:宾大工程师开启下一代无线通信的大门

通向6G的钥匙:宾大工程师开启下一代无线通信的大门 宾夕法尼亚大学的工程师们利用钇铁石榴石(YIG)开发出一种可调滤波器,解决了过去 GPS 信号干扰的问题,并支持未来的高频段通信。这种滤波器结构紧凑、功耗低,为新兴无线技术提供了可扩展的解决方案。资料来源:Troy Olsson、Xingyu Du宾夕法尼亚大学工程学院电气与系统工程(ESE)副教授、《自然-通讯》(Nature Communications)杂志上一篇介绍该滤波器的新论文的资深作者特洛伊-奥尔森(Troy Olsson)说:"我希望它能实现下一代无线通信。"电磁频谱本身是现代世界最宝贵的资源之一;只有极小部分频谱适合用于无线通信,其中大部分是无线电波,占整个频谱的不到十亿分之一。联邦通信委员会(FCC)对这部分频谱的频段进行了严格控制,直到最近才将频率范围 3(FR3)频段(包括约 7 千兆赫至 24 千兆赫的频率)用于商业用途。(1赫兹相当于电磁波每秒经过一个点时的一次振荡;1千兆赫兹或吉赫兹相当于每秒经过十亿次这样的振荡)。迄今为止,无线通信大多使用较低的频段。奥尔森说:"现在,我们的工作频段为 600 MHz 至 6 GHz。这就是 5G、4G 和 3G。无线设备针对不同频率使用不同的滤波器,因此覆盖所有频率或频段需要大量滤波器,占用大量空间。(典型的智能手机包括多达 100 多个滤波器,以确保不同频段的信号不会相互干扰)。中间的新型滤光片比后面的老式 YIG 滤光片小得多。图片来源:Troy Olsson、Xingyu DuOlsson说:"FR3频段最有可能用于6G或Next G,目前,小型滤波器和低损耗开关技术在这些频段的性能非常有限。拥有一个可在这些频段进行调谐的滤波器,就意味着不必在手机中再安装100多个滤波器和许多不同的开关。像我们创建的这种滤波器是使用 FR3 频段的最可行途径。"使用更高频率波段带来的一个复杂问题是,许多频率已被保留给卫星使用。埃隆-马斯克的"星链"(Starlink)就在这些频段工作,奥尔森指出。"军方已经被挤出了许多较低的频段。但他们不会放弃位于这些频段的雷达频率,也不会放弃他们的卫星通信。"因此,Olsson 的实验室与 ESE 教授 Alfred Fitler Moore Mark Allen 和 ESE 副教授 Firooz Aflatouni 以及他们各自的研究小组合作,设计出了可调滤波器,这样工程师就可以用它来选择性地过滤不同的频率,而不必采用单独的滤波器。可调谐性将变得非常重要,因为在这些较高的频率上,可能并不总是有一块专门用于商业用途的频谱。创新材料和可调节技术这种滤波器之所以可以调节,是因为它采用了一种独特的材料"钇铁石榴石"(YIG),这是一种稀土金属钇与铁和氧的混合物。YIG 的特别之处在于它能传播磁自旋波,这是电子以同步方式旋转时在磁性材料中产生的波的类型。当暴露在磁场中时,YIG 产生的磁自旋波会改变频率。通过调节磁场,YIG 滤波器在极宽的频带内实现了连续的频率调节。因此,新的滤波器可以调整到 3.4 GHz 到 11.1 GHz 之间的任何频率,涵盖了 FCC 在 FR3 频段开辟的大部分新领域。Xingyu Du说:"我们希望证明,单个可适配滤波器就足以满足所有频段的要求。"除了可调谐外,新型滤波器还非常小巧,大小与四分之一硬币差不多,与前几代 YIG 滤波器形成鲜明对比,前几代滤波器就像一大包索引卡。这种新型滤波器之所以如此小巧,从而有可能在未来被安装到手机中,原因之一是它只需要很少的电能。Du说:"我们率先设计了一种零静态功率磁偏置电路,"他指的是一种除了偶尔重新调整磁场的脉冲外,无需任何能量就能产生磁场的电路。虽然 YIG 早在 20 世纪 50 年代就被发现,而且 YIG 滤波器也已经存在了几十年,但将新型电路与辛格纳米技术中心微加工的极薄 YIG 薄膜相结合,大大降低了新型滤波器的功耗和尺寸。新研发的的滤波器比目前的商用 YIG 滤波器小 10 倍。编译自//scitechdaily ... PC版: 手机版:

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