Большинство пассивных электронных компонентов являются двунаправленными, сигналы распространяются через них абсолютно одинаково в двух противоположных направлениях. Но существует и ряд “несимметричных” устройств, таких как циркуляторы (circulators), которые проводят сигналы по-разному в разных направлениях, что позволяет направлять эти сигналы по разным путям, разделять разные сигналы и выполнять другие операции. Традиционные несимметричные устройства, работающие с высокочастотными электромагнитными волнами, изготавливаются из материалов, обладающих особыми магнитными свойствами.

Это делает такие устройства большими, дорогими и не очень подходящими для их применения в электронике потребительского класса. Не так давно исследователи из компании Columbia Engineering, работая совместно с учеными из Техасского университета в Остине, разработали ряд новых физических принципов управления распространением электромагнитных волн.

Эти принципы позволили им создать безмагнитные несимметричные компоненты, изготовление которых возможно при помощи существующих технологий производства полупроводниковых приборов. На последней Международной конференции IEEE по твердотельным схемам (IEEE International Solid-State Circuits Conference) исследователи представили первый в своем роде безмагнитный кремниевый циркуляционный чип, работающий в диапазоне миллиметровых волн, выше 30 ГГц.

Независимая передача миллиметровых волн реализована на этом чипе при помощи тщательно синхронизированной работы быстродействующих транзисторных ключей, которые пропускают прямые и обратные электромагнитные волны совершенно по-разному. Такой принцип управления напоминает два поезда, сближающиеся на большой скорости, которые разводятся на разные пути в самый последний момент перед их столкновением.

Ключевым достижением в данном случае является возможность создания циркуляционных элементов на кристаллах обычных полупроводниковых чипов, что позволит этим чипам работать в диапазоне миллиметровых волн. Фактически все традиционные электронные полупроводниковые устройства могут сейчас работать только в полудуплексном режиме и в диапазоне ниже 6 ГГц, что накладывает ограничения на ширину их полосы пропускания. Продвижение в сторону миллиметрового диапазона и обеспечение работы в полнодуплексном режиме открывает перед инженерами возможность использовать ту часть диапазона, которая была недоступна ранее, при создании сотовых сетей нового поколения, беспроводных технологий для реализации технологий дополненной и виртуальной реальности, автомобильных радаров и многого другого.

И в заключение следует отметить, что данная работа проводилась в рамках программы EFRI американского Научного фонда, программы SPAR Управления перспективных исследовательских программ Пентагона DARPA, при финансовой и технической поддержке компании Texas Instruments. Исследователи продолжают свою работу, пытаясь увеличить линейность характеристики полупроводниковых миллиметровых циркуляторов и улучшить их изоляционные свойства.

Конечной целью данных работ является создание полномасштабной матрицы фазированных антенн, использующих новые полупроводниковые циркуляторы, которая будет обеспечивать полнодуплексный режим работы высокочастотных беспроводных коммуникационных технологий.

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!