Los investigadores de Columbia Engineering, liderados por Harish Krishnaswamy, profesor asociado de ingeniería eléctrica, en colaboración con el grupo del profesor Andrea Alu de UT-Austin, continúan abriendo nuevos caminos en el desarrollo de componentes no recíprocos libres de imanes en procesos modernos de semiconductores.IEEE International Solid-State Circuits Conference en febrero, el grupo de Krishnaswamy presentó un nuevo dispositivo: el primer circulador no recíproco sin imán en un chip de silicio que opera a frecuencias de onda milimétrica frecuencias cercanas y superiores a 30 GHz., en un artículo publicado hoy en Comunicaciones de la naturaleza , el equipo demostró los principios físicos detrás del nuevo dispositivo.
La mayoría de los dispositivos son recíprocos: las señales viajan de la misma manera en direcciones hacia adelante y hacia atrás. Los dispositivos no recíprocos, como los circuladores, por otro lado, permiten que las señales hacia adelante y hacia atrás atraviesen diferentes caminos y, por lo tanto, se separen. Tradicionalmente, los dispositivos no recíprocos tienenconstruido a partir de materiales magnéticos especiales que los hacen voluminosos, caros y no aptos para la electrónica inalámbrica de consumo.
El equipo ha desarrollado una nueva forma de permitir la transmisión no recíproca de ondas: usando interruptores de transistores de alta velocidad cuidadosamente sincronizados que enrutan las ondas hacia adelante y hacia atrás de manera diferente. En efecto, es similar a dos trenes que se aproximan entre sí a velocidades súper altas quese desvían en el último momento para que no choquen.
El avance clave de este nuevo enfoque es que permite que los circuladores se construyan en chips semiconductores convencionales y operen a frecuencias de onda milimétrica, lo que permite la conexión inalámbrica full-duplex o bidireccional. Prácticamente todos los dispositivos electrónicos funcionan actualmente en modo half-duplexa frecuencias de radio más bajas por debajo de 6 GHz y, en consecuencia, nos estamos quedando rápidamente sin ancho de banda. Las comunicaciones full-duplex, en las que un transmisor y un receptor de un transceptor funcionan simultáneamente en el mismo canal de frecuencia, permiten duplicar la capacidad de datos dentro deancho de banda existente. Ir a las frecuencias de onda de mm más altas, 30 GHz y superiores, abre un nuevo ancho de banda que no está actualmente en uso.
"Esto nos da mucho más espacio", señala Krishnaswamy, cuyo Laboratorio de IC de alta velocidad y ondas Mm de Columbia CoSMIC ha estado trabajando en chips de radio de silicio para comunicaciones full duplex durante varios años. Su método permite pérdidasComportamiento no recíproco de banda ancha libre, compacto y extremadamente ancho, teóricamente de CC a la luz del día, que se puede utilizar para construir una amplia gama de componentes no recíprocos, como aisladores, giroscopios y circuladores.
Krishnaswamy agrega que "este circulador de onda mm permite comunicaciones inalámbricas full-duplex de onda mm, y esto podría revolucionar las redes celulares 5G emergentes, los enlaces inalámbricos para realidad virtual y el radar automotriz".
Las implicaciones son enormes. Los automóviles autónomos, por ejemplo, requieren radares de onda milimétrica totalmente integrados y de bajo costo. Estos radares deben ser inherentemente dúplex completo y funcionarían junto con sensores de ultrasonido y basados en cámara enautos sin conductor porque pueden funcionar en todas las condiciones climáticas y durante la noche y el día. El circulador Columbia Engineering también podría usarse para construir enlaces inalámbricos full-duplex de onda milimétrica para auriculares VR, que actualmente dependen de una conexión por cable o una correaal dispositivo informático.
"Para una experiencia de realidad virtual inalámbrica sin problemas, se debe enviar una gran cantidad de datos entre la computadora y los auriculares que requieren comunicación bidireccional de baja latencia", dice Krishnaswamy. "Un transceptor dúplex completo de onda mmHabilitado por nuestro circulador CMOS podría ser una solución prometedora ya que tiene el potencial de entregar datos de alta velocidad con baja latencia, en un tamaño pequeño con bajo costo ".
El equipo, financiado por fuentes que incluyen el programa EFRI de la National Science Foundation, el programa DARPA SPAR y Texas Instruments, está trabajando actualmente para mejorar la linealidad y el rendimiento de aislamiento de su circulador. Su objetivo a largo plazo es construir un granescala sistema de matriz en fase dúplex completo de onda mm que utiliza su circulador.
VIDEO: http://youtu.be/oh28N54DwLo
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Columbia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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