新型电磁波路由器将实现无限带宽

[据科学日报网站2017年1月12日报道] 加州大学洛杉矶分校研究人员在国防高级研究计划局的支持下，正在开发一种新型电磁波路由器，这种装置将真正实现无限带宽。

我们的手机和电脑使用电磁波发送和接收信息——同时，通过这些电磁波，我们的设备能够上传照片和下载应用程序。但是，在当前的电磁频谱上，我们所能使用的带宽很有限。

工程师设想，如果无线设备能够以相同的频率发送和接收信息，那么这样的限制就会被打破。但是该方法本身存在问题，即，如果以相同的频率接收和发射电磁波，则通常情况下会发生彼此干扰。（这就是相同频率的无线电台在相隔较近时会导致信号中断。）

加州大学洛杉矶分校电气工程师开发的新型装置恰好可以解决该问题。研究人员证明，这种循环器——即一种从不同端口发送和接收电磁波的微小设备——可以共用一根天线，并同时发送和接收信号。如果信息发送频率与接收频率相同，则将芯片上可用于传输数据的频谱空间扩大一倍。

日前，《自然》杂志出版的开源期刊《科学报告》发表了一篇有关该项工作的论文。

上一代循环器使用的是磁性材料，并且不能并入当前的微芯片中，同时对于当今的智能手机和其他设备来说，没有足够的带宽。加州大学洛杉矶分校所制造的原型装置使用同轴电缆为电磁波分配传递非磁性材料的路径，而在未来，这种装置最终将可能使用硅基或其他半导体材料。

该装置设计的关键是采用名为“顺序切换延迟线”的方法，类似于运输工程师将客运列车从一条规定调度至另一条轨道，该方法能够确保多辆列车同时进出火车站，并即使在只有几条轨道可用的情况下也能避免发生碰撞。

“在一个繁忙的火车站中，会主动为火车切换驶入或驶离的轨道，并尽量缩短其为进出车站而停车的时间，负责领导本次研究的研究人员称：“这基于相同的原理，就是在芯片中采用相同频率的电磁波传递信息。”

该团队使用市场上能够购买到的零件制作了原型机，并且现在正在使用特制的芯片进行测试。

该设计包括六条传输线，其中，所有传输线都具有相同的长度，并且由五个开关连接。为了分配电磁波，开关依次打开和关闭，如此能够允许同时发送和接收数据信号。

之前的研究都表明，使用相同的电磁频率能同时发送和接收信号，而这可以调整信号。但是，研究人员表示，新的设计能够实现无限的带宽。

可通过当前的芯片制造工艺进行制造，并且与几乎所有行业标准设计兼容。之前概念所需要的组件无法满足当前的行业标准，或者仅在狭窄的频带中工作。研究人员说，加州大学洛杉矶分校制造的新型循环器能够在无线电最低频率到最高频率之间工作，甚至可能在光谱中的可见光部分工作。

研究人员说：“就像电容器或电阻器，这种装置能够为电磁波分配路径，并且属于各种电路中的基本构建模块，同时，无限带宽将引发手机、汽车传感器甚至量子计算机的设计革命。”

研究小组最近获得了国防高级研究计划局微系统技术办公室划拨的220万美元，用于研制微芯片的使用器件。 （中国船舶工业综合技术经济研究院 程大树）