Немагнитный циркулятор удвоит эффективность каналов радиокоммуникаций
В последнем номере Nature Physics инженеры Техасского университета в Остине сообщили о существенном достижении в технологиях беспроводных коммуникаций — создании намного более миниатюрного и эффективного, чем прежде радиоволнового циркулятора. Это устройство обеспечивает полнодуплексную функциональность, то есть сотовые телефоны и другие беспроводные устройства, использующие его смогут одновременно отсылать и получать сигналы на одной и той же частоте, удваивая полосу пропускания канала телекоммуникаций.
Главой заслугой авторов изобретения является то, что им удалось сделать немагнитный циркулятор. В принципе, полнодуплексную связь на одном канале можно осуществить и с помощью магнитных аналогов, известных уже 60 лет, но их широкому распространению препятствовали серьезные недостатки — большие размеры и вес, стоимость магнитов и магнитных материалов.
Не зависящий от магнитных эффектов новый циркулятор получился намного более компактным. Характерный размер прототипа, созданного под руководством доцента Андреа Алу (Andrea Alu), составляет 2 см, что в 75 раз меньше рабочей длины волны. В его конструкции использованы популярные материалы микроэлектроники — золото, медь и кремний — что облегчает задачу интеграции данного устройства в схемы современного коммуникационного оборудования.
Устройство функционирует имитируя нарушение симметрии, происходящее в магнитных материалах при передаче волны между двумя точками пространства — свойство, которое позволяет магнитным циркуляторам селективно направлять радиоволны. В прототипе тот же эффект достигается заменой магнитной избирательности на волну, циркулирующую вокруг устройства.
Еще одним уникальным свойством нового циркулятора является возможность его широкодиапазонной настройки в реальном времени — существенное преимущество по сравнению с обычными циркуляторными устройствами.
Для телекоммуникационных компаний, платящих большие деньги за право работать в радиочастотных диапазонах, более эффективное использование выделенной им полосы частот означает значительную экономию средств.
«Наш коллектив также работает над продвижением этой парадигмы в другие области науки и технологии, применением ее для защиты лазеров и создания нанофотонных схем, управляющих движением не радиоволн, а световых сигналов», — рассказывает о перспективах своей разработки Андреа Алу.