Исследователи из школы инженерии при Техасском университете в Остине Cockrell добились важного успеха для современной сферы телекоммуникаций и беспроводной связи — им удалось создать радикально более легкий и эффективный распространитель радиоволн, который можно использовать в мобильных телефонах и других беспроводных устройствах.
С помощью нового распространителя можно добиться удвоения полезной пропускной способности при организации беспроводной связи и работы в режиме full-duplex. Это значит, что устройства смогут передавать и получать сигналы на одной и той же полосе частот одновременно.
Главной новацией стало создание немагнитного радиораспространителя.
Беспроводные технологии широко распространены уже на протяжении 60 лет, и все это время магнитные распространители, в принципе, могли обеспечивать двустороннюю коммуникацию на том же частотном канале, однако их массовому применению мешают большие размеры, вес и стоимость, которую влечет за собой использование магнитов и магнитных материалов.
Новый распространитель лишен недостатков своих магнитных предшественников — он значительно более компактен, дешев, и для его работы нужны более легкодоступные материалы. Все это позволяет интегрировать новый распространитель с мобильными телефонами и другими микроэлектронными системами — и в результате повысить скорость загрузки данных, снизить число «сорвавшихся» звонков, а сделать связь более «чистой».
Команда исследователей под руководством доцента Андреа Алу разработала прототип распространителя, размер которого не превышает 2 сантиметра — это в 75 раз меньше, чем длина волны, на которой он работает. По словам разработчиков, в будущем распространитель можно будет уменьшить до нескольких микронов. Для создания разработки использовались материалы, применяемые в интегральных схемах, такие как золото, медь и кремний. Это позволяет использовать новый распространитель в современных коммуникационных устройствах.
«Мы меняем парадигму — теперь может быть достигнута изоляция и двунаправленная передача данных на одном и том же частотном канале. Мы построили распространитель, которому для работы не нужны магниты и магнитные материалы», — говорит Алу (на фото).Новое устройство работает, «имитируя» то, как магнитные материалы разбивают симметрию в передаче волны между двумя точками в пространстве — это критически важная способность, которая позволяет магнитным распространителям выборочно маршрутизировать радиоволны. При использовании нового распространителя удается добиться того же эффекта, при этом обменное магнитное смещение заменено направлением волны «вокруг» устройства.
Еще одна уникальная функция нового распространителя заключается в том, что его можно настраивать на широкий спектр частот в режиме реального времени — по сравнению с традиционными устройствами это – значительное преимущество.
«Благодаря новой технологии мы можем инкорпорировать настраиваемые невзаимные компоненты в мобильные платформы», — говорит Николас Эстеп, ведущий исследователь проекта и докторант кафедры электротехники и вычислений. «Благодаря этому мы можем проложить путь к двусторонней связи в той же полосе частот, что освобождает участки полосы пропускания, которые можно использовать более эффективно».
Для телекоммуникационных компаний, которые платят за лицензии на использование частот (например, в США за этим следит Федеральная комиссия по связи) возможность более эффективного использования оплаченных частот означает значительную экономию.
Более того, поскольку распространитель может быть уменьшен и поддерживает работу с интегральными схемами, его можно использовать в беспроводных устройствах.
«Мы представляем себе распространители размером с пару микрон, встроенные в мобильные телефоны. Наша технология имеет прекрасные перспективы, ее можно крайне эффективно использовать в случае сильных нагрузок на сеть — например, во время финала футбольного чемпионата или на концерте. Она позволит людям быстрее дозваниваться друг до друга и беседовать без помех», — говорит Эстеп.
Распространитель может применяться и в других отраслях, в которых сейчас используются магнитные аналоги. Например, устройства, используемые в фазированных антеннах и РЛС для самолетов, кораблей и спутников могут быть крайне тяжелыми, так что снижение их веса позволит сэкономить множество ресурсов.
«Мы распространяем новую парадигму и на другие направления науки и технологий», – говорит Алу. «Наша команда исследователей работает над применением нового изобретения для защиты лазеров и создания интегрированных нанофотонных схем, которые маршрутизируют световые сигналы, а не радиоволны».