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:TroyOlsson、XingyuDu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》(NatureCommunications)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(TroyOlsson)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600MHz至6GHz。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:TroyOlsson、XingyuDuOlsson说:"FR3频段最有可能用于6G或NextG,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AlfredFitlerMooreMarkAllen和ESE副教授FiroozAflatouni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3.4GHz到11.1GHz之间的任何频率,涵盖了FCC在FR3频段开辟的大部分新领域。XingyuDu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:https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432962.htm手机版:https://m.cnbeta.com.tw/view/1432962.htm

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