哥倫比亞大學的這款新型毫米波循環器，將徹底改變無線VR技術

這種毫米波循環器可能徹底改變新興的5G蜂窩網絡，虛擬現實的無線鏈路和汽車雷達。

此前，在2月的IEEE國際固態電路大會上，哥倫比亞大學的電氣工程副教授Harish Krishnaswamy的小組推出了一種新器件：硅片上的第一個無磁體非互易循環器，這款循環器工作在毫米波頻率（頻率≧30GHz）。

近日，在這項工作的后續改進工作中，Harish Krishnaswamy和Andrea Alu教授合作，繼續利用半導體工藝研制無磁體非互易部件，并在近日取得新進展。新設備的研究成果和原理發表在《自然通訊》雜志上。

目前，大多數設備的信號傳輸過程是可逆的，即信號在兩設備之間可進行正向和反向的傳輸。而不可逆設備，如循環器，其信號在正向和反向傳輸時經過的是不同通道，因此信號是分離的，從而各路信號的傳輸是不會間斷的。但現有為數不多的不可逆設備，它們都是由特殊的磁性材料制作而成，且其體積龐大、價格高昂，因此不適合應用到消費者無線電子產品。

不同于傳統的不可逆設備，研究團隊使用同步的高速晶體管開關，以不同的方式向前和向后傳播波形，以實現信號的正向和反向傳輸，形象的來看，正反向信號就像是兩列高速接近的火車，它們擦肩而過而不會碰撞到彼此。

值得注意的是，改進后的這一器件有著兩大亮點：一是其硬件由常規半導體組成，成本低；二是該器件的信號傳輸是在毫米波級別上實現全雙工無線傳輸。目前，幾乎所有的電子設備都是在較低頻率（低于6GHz）的半雙工模式下工作，這一情況很容易導致帶寬不夠用；而全雙工通信模式下，收發器的發射機和接收機在同一頻道上同時工作，會使帶寬內的數據容量加倍，亦不是優選。

而這一新設備在更高的毫米波頻率上工作，開啟了目前尚未使用的新帶寬，在一定程度上解決了采用全雙工通信方式存在的問題。對此，Krishnaswamy解釋說：“這相當于為我們開發了更多的帶寬資源，我們的實驗室這幾年都在使用這一設備，它具有無損、緊湊和大帶寬的全雙工通信行為特點，可用于制造各種組件，如隔離器、回旋器和循環器。”

據了解，這一技術帶來的影響是非常大的，如在自動駕駛領域，該器件可以用于制造低成本的全集成毫米波雷達，自動駕駛的設施建構中，這些雷達的全雙工通信傳輸與自動駕駛汽車中的超聲波和基于攝像機的傳感器一起工作，且它們可以在所有天氣條件下進行24小時工作。

此外，該新型循環器也可用于構建VR耳機的毫米波全雙工無線鏈路，而目前，該耳機依賴有線連接或系統到計算設備。對此，Krishnaswamy表示：“為了平滑的無線VR體驗，需要在計算機和耳機之間來回傳送大量數據，需要低延遲雙向通信。我們的CMOS循環器支持的毫米波全雙工收發器可能是一個有希望的解決方案，因為它提供低延遲的高速數據，且具有低成本、小尺寸的特點。”

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