新型电磁波路由器可提供无限带宽

加州大学洛杉矶分校的工程师正在开发一种新的电磁波路由器，该路由器可提供无限带宽。

手机和计算机使用电磁波发送和接收信息，这正是使我们的设备能够上传照片和下载应用程序的原因。但是电磁频谱上只有有限数量的带宽可用。

工程师已经设想到，使无线设备能够以相同的频率发送和接收信息将是克服该限制的一种方法。但是这种方法提出了自己的挑战，因为相同频率上的传入和传出波通常会相互干扰。（这就是为什么，例如，当收音机与两个电台的距离都足够近时，使用相同频率的电台会互相干扰对方的信号。）

UCLA电气工程师开发的新设计可以解决该问题。研究人员证明，共享同一天线的循环器（一种从不同端口发送和接收电磁波的微型设备）可以使信号同时发送和接收。以与接收信号相同的频率发送信号可能会使芯片上可用于传输数据的频谱空间增加一倍。

动作中“顺序切换延迟线”的动画：该方法沿不同但长度相等的路径切换传入和传出的电磁波，以避免干扰。

关于这项工作的论文发表在《科学报告》上，这是《自然》杂志的开放获取期刊。

前几代循环器使用的是磁性材料，这种材料无法整合到当前的微芯片中，并且没有足够的带宽供当今的智能手机和其他设备使用。UCLA原型使用同轴电缆将电磁波传送通过非磁性材料，但该设备最终可能会由硅基或其他半导体材料制成。

设计的关键是一种称为“顺序切换延迟线”的方法，该方法类似于运输工程师将旅客列车从一条轨道转移到另一条轨道的方式，以允许多列火车同时进出火车站并避免碰撞，即使只有几个可用的曲目。

加州大学洛杉矶分校（UCLA）电气工程副教授王元勋（Yuanxun Wang）说：“在繁忙的火车站中，火车会主动切换进出轨道，以最大程度地减少停站进出火车站的时间。”负责这项研究的Henry Samueli工程与应用科学学院。“只有在相同频率的电磁波在芯片内部携带信息的情况下，这是相同的想法。”

主要作者马修·比德卡（Mathew Biedka）和合著者朱瑞（Rui Zhu）是王教授推荐的加州大学洛杉矶分校（UCLA）博士生，合著者许强（Mark Qian）是王教授实验室的博士后。

该团队使用市售零件展示了其概念，目前正在特制芯片上对其进行测试。

该设计包括由五个开关连接的六根长度相等的传输线。依次打开和关闭开关以分配电磁波，并允许同时传输和接收数据传输信号。

先前的研究表明，可以使用相同的电磁频率同时发送和接收信号，包括由Wang领导的2014年对信号进行调制的信号。但是，据研究人员称，新设计是第一个提供无限带宽的设计。

它可以轻松地并入当前的芯片制造工艺以及几乎所有行业标准设计中。以前的概念可能需要使用与当前行业标准不符的组件，或者只能在很窄的范围内使用。Wang说，新的UCLA循环器的工作频率范围从最低频率到射频，甚至可能在频谱的可见光范围内工作。

Wang说：“就像电容器或电阻器一样，能够路由电磁波的设备几乎是任何电路的基本组成部分。”“使其具有无限带宽的可用性将引发移动电话，汽车传感器甚至量子计算机的设计革命。”

Wang的研究小组最近从美国国防部高级研究计划局的微系统技术办公室获得了220万美元的赠款，用于开发可在微芯片上使用的设备。

出版物：Mathew M. Biedka等人，“通过顺序切换的延迟线实现的超宽带互易性”，《科学报告》第7期，文章编号：40014（2017）doi：10.1038 / srep40014