[據(jù)科學(xué)日?qǐng)?bào)網(wǎng)站2017年1月12日?qǐng)?bào)道] 加州大學(xué)洛杉磯分校研究人員在國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局的支持下，正在開(kāi)發(fā)一種新型電磁波路由器，這種裝置將真正實(shí)現(xiàn)無(wú)限帶寬。

我們的手機(jī)和電腦使用電磁波發(fā)送和接收信息——同時(shí)，通過(guò)這些電磁波，我們的設(shè)備能夠上傳照片和下載應(yīng)用程序。但是，在當(dāng)前的電磁頻譜上，我們所能使用的帶寬很有限。

工程師設(shè)想，如果無(wú)線設(shè)備能夠以相同的頻率發(fā)送和接收信息，那么這樣的限制就會(huì)被打破。但是該方法本身存在問(wèn)題，即，如果以相同的頻率接收和發(fā)射電磁波，則通常情況下會(huì)發(fā)生彼此干擾。（這就是相同頻率的無(wú)線電臺(tái)在相隔較近時(shí)會(huì)導(dǎo)致信號(hào)中斷。）

加州大學(xué)洛杉磯分校電氣工程師開(kāi)發(fā)的新型裝置恰好可以解決該問(wèn)題。研究人員證明，這種循環(huán)器——即一種從不同端口發(fā)送和接收電磁波的微小設(shè)備——可以共用一根天線，并同時(shí)發(fā)送和接收信號(hào)。如果信息發(fā)送頻率與接收頻率相同，則將芯片上可用于傳輸數(shù)據(jù)的頻譜空間擴(kuò)大一倍。

日前，《自然》雜志出版的開(kāi)源期刊《科學(xué)報(bào)告》發(fā)表了一篇有關(guān)該項(xiàng)工作的論文。

上一代循環(huán)器使用的是磁性材料，并且不能并入當(dāng)前的微芯片中，同時(shí)對(duì)于當(dāng)今的智能手機(jī)和其他設(shè)備來(lái)說(shuō)，沒(méi)有足夠的帶寬。加州大學(xué)洛杉磯分校所制造的原型裝置使用同軸電纜為電磁波分配傳遞非磁性材料的路徑，而在未來(lái)，這種裝置最終將可能使用硅基或其他半導(dǎo)體材料。

該裝置設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是采用名為“順序切換延遲線”的方法，類(lèi)似于運(yùn)輸工程師將客運(yùn)列車(chē)從一條規(guī)定調(diào)度至另一條軌道，該方法能夠確保多輛列車(chē)同時(shí)進(jìn)出火車(chē)站，并即使在只有幾條軌道可用的情況下也能避免發(fā)生碰撞。

“在一個(gè)繁忙的火車(chē)站中，會(huì)主動(dòng)為火車(chē)切換駛?cè)牖蝰傠x的軌道，并盡量縮短其為進(jìn)出車(chē)站而停車(chē)的時(shí)間，負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)本次研究的研究人員稱(chēng)：“這基于相同的原理，就是在芯片中采用相同頻率的電磁波傳遞信息。”

該團(tuán)隊(duì)使用市場(chǎng)上能夠購(gòu)買(mǎi)到的零件制作了原型機(jī)，并且現(xiàn)在正在使用特制的芯片進(jìn)行測(cè)試。

該設(shè)計(jì)包括六條傳輸線，其中，所有傳輸線都具有相同的長(zhǎng)度，并且由五個(gè)開(kāi)關(guān)連接。為了分配電磁波，開(kāi)關(guān)依次打開(kāi)和關(guān)閉，如此能夠允許同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)信號(hào)。

之前的研究都表明，使用相同的電磁頻率能同時(shí)發(fā)送和接收信號(hào)，而這可以調(diào)整信號(hào)。但是，研究人員表示，新的設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)限的帶寬。

可通過(guò)當(dāng)前的芯片制造工藝進(jìn)行制造，并且與幾乎所有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)兼容。之前概念所需要的組件無(wú)法滿足當(dāng)前的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，或者僅在狹窄的頻帶中工作。研究人員說(shuō)，加州大學(xué)洛杉磯分校制造的新型循環(huán)器能夠在無(wú)線電最低頻率到最高頻率之間工作，甚至可能在光譜中的可見(jiàn)光部分工作。

研究人員說(shuō)：“就像電容器或電阻器，這種裝置能夠?yàn)殡姶挪ǚ峙渎窂剑⑶覍儆诟鞣N電路中的基本構(gòu)建模塊，同時(shí)，無(wú)限帶寬將引發(fā)手機(jī)、汽車(chē)傳感器甚至量子計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)革命。”

研究小組最近獲得了國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局微系統(tǒng)技術(shù)辦公室劃撥的220萬(wàn)美元，用于研制微芯片的使用器件。 （中國(guó)船舶工業(yè)綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究院 程大樹(shù)）