Инженеры разработали новый инструмент, который может стать ключом к внедрению 6G и следующего поколения беспроводных сетей: регулируемый фильтр, способный успешно предотвращать помехи в высокочастотных диапазонах электромагнитного спектра.
Начало новой эры в беспроводных технологиях
В начале 2010-х годов стартап LightSquared, обещавший революционизировать сотовую связь, объявил о банкротстве. Компания не смогла решить проблему помех сигналов GPS. Теперь инженеры Пенсильванского университета разработали новый инструмент, который способен навсегда решить подобные проблемы: регулируемый фильтр, предотвращающий помехи даже в высокочастотных диапазонах электромагнитного спектра.
Значение электромагнитного спектра
Электромагнитный спектр является одним из самых ценных ресурсов современного мира; только небольшая его часть, в основном радиоволны, представляющие менее одной миллиардной процента всего спектра, подходит для беспроводной связи. Эти диапазоны контролируются Федеральной комиссией по связи (FCC), которая недавно разрешила коммерческое использование диапазона Frequency Range 3 (FR3), включающего частоты от 7 ГГц до 24 ГГц.
Проблемы и решения в высокочастотных диапазонах
До настоящего времени беспроводная связь использовала в основном низкочастотные диапазоны. "Сейчас мы работаем в диапазоне от 600 МГц до 6 ГГц", говорит Трой Олссон, доцент кафедры электротехники и системотехники (ESE) в Пенсильванском университете. Беспроводные устройства используют разные фильтры для различных частот, что требует большого количества фильтров и значительного пространства. Типичный смартфон содержит более 100 фильтров, чтобы сигналы различных диапазонов не создавали помехи друг другу.
"Диапазон FR3, вероятнее всего, будет использоваться для 6G или следующего поколения сетей," продолжает Олссон. "И в настоящее время производительность технологий малых фильтров и переключателей с низкими потерями в этих диапазонах весьма ограничена."
Настраиваемый фильтр как решение
Одной из ключевых особенностей нового фильтра является его способность к настройке, что позволяет инженерам использовать его для селективной фильтрации различных частот, вместо использования отдельных фильтров. "Способность к настройке будет очень важной", отмечает Олссон, "потому что на этих высоких частотах может не всегда быть выделен отдельный блок спектра для коммерческого использования."
Технология YIG: основа фильтра
Основой нового фильтра является уникальный материал — иттриево-железный гранат (YIG), который пропускает магнитную спиновую волну. "Под воздействием магнитного поля частота магнитной спиновой волны, создаваемой YIG, изменяется," объясняет Синью Ду, аспирант в лаборатории Олссона и первый автор статьи.
Новый фильтр можно настроить на любую частоту в диапазоне от 3,4 ГГц до 11,1 ГГц, что охватывает значительную часть нового диапазона FR3. "Мы надеемся продемонстрировать, что один адаптивный фильтр может быть достаточен для всех частотных диапазонов," говорит Ду.
Перспективы использования и презентация
Новый фильтр не только настраиваем, но и имеет малые размеры — примерно как четверть доллара, что значительно меньше предыдущих поколений фильтров YIG. В июне Олссон и Ду представят новый фильтр на Международном симпозиуме по микроволновой теории и технике (MTT-S) Института инженеров электротехники и электроники (IEEE) в Вашингтоне, округ Колумбия.
Заключение
Исследование, проведенное в Школе инженерии и прикладных наук Пенсильванского университета, поддержано грантом Агентства передовых оборонных исследовательских проектов и использовало ресурсы, спонсируемые Национальным научным фондом. Новый регулируемый фильтр представляет собой значительный шаг вперед в области беспроводных коммуникаций, открывая путь к внедрению технологий следующего поколения.
