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(xiàn)實(shí)的無線鏈路和汽車?yán)走_(dá)。

此前，在2月的IEEE國(guó)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(xiàng)工作的后續(xù)改進(jìn)工作中，Harish Krishnaswamy和Andrea Alu教授合作，繼續(xù)利用半導(dǎo)體工藝研制無磁體非互易部件，并在近日取得新進(jìn)展。新設(shè)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(shù)設(shè)備的信號(hào)傳輸過程是可逆的，即信號(hào)在兩設(shè)備之間可進(jìn)行正向和反向的傳輸。而不可逆設(shè)備，如循環(huán)器，其信號(hào)在正向和反向傳輸時(shí)經(jīng)過的是不同通道，因此信號(hào)是分離的，從而各路信號(hào)的傳輸是不會(huì)間斷的。但現(xiàn)有為數(shù)不多的不可逆設(shè)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(yīng)用到消費(fèi)者無線電子產(chǎn)品。

不同于傳統(tǒng)的不可逆設(shè)備，研究團(tuán)隊(duì)使用同步的高速晶體管開關(guān)，以不同的方式向前和向后傳播波形，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的正向和反向傳輸，形象的來看，正反向信號(hào)就像是兩列高速接近的火車，它們擦肩而過而不會(huì)碰撞到彼此。

值得注意的是，改進(jìn)后的這一器件有著兩大亮點(diǎn)：一是其硬件由常規(guī)半導(dǎo)體組成，成本低；二是該器件的信號(hào)傳輸是在毫米波級(jí)別上實(shí)現(xiàn)全雙工無線傳輸。目前，幾乎所有的電子設(shè)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(dǎo)致帶寬不夠用；而全雙工通信模式下，收發(fā)器的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)在同一頻道上同時(shí)工作，會(huì)使帶寬內(nèi)的數(shù)據(jù)容量加倍，亦不是優(yōu)選。

而這一新設(shè)備在更高的毫米波頻率上工作，開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題。對(duì)此，Krishnaswamy解釋說：“這相當(dāng)于為我們開發(fā)了更多的帶寬資源，我們的實(shí)驗(yàn)室這幾年都在使用這一設(shè)備，它具有無損、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(jù)了解，這一技術(shù)帶來的影響是非常大的，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(dá)，自動(dòng)駕駛的設(shè)施建構(gòu)中，這些雷達(dá)的全雙工通信傳輸與自動(dòng)駕駛汽車中的超聲波和基于攝像機(jī)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(gòu)建VR耳機(jī)的毫米波全雙工無線鏈路，而目前，該耳機(jī)依賴有線連接或系統(tǒng)到計(jì)算設(shè)備。對(duì)此，Krishnaswamy表示：“為了平滑的無線VR體驗(yàn)，需要在計(jì)算機(jī)和耳機(jī)之間來回傳送大量數(shù)據(jù)，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?yàn)樗峁┑脱舆t的高速數(shù)據(jù)，且具有低成本、小尺寸的特點(diǎn)。”

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