2018-11-21 22:10:02
毫米波为最后一英里

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苏黎世联邦理工学院的研究人员开发了一种调制器,利用该调制器可以将通过毫米波传输的数据直接转换为光纤的光脉冲。这可以使覆盖“最后一英里”到家里的互联网插座相当快,更便宜。

光波的高振荡频率使它们非常适合快速数据传输。它们可以通过光纤发送,并且每秒容易携带数千亿比特(千兆比特)。然而,从中央光纤电缆到家庭互联网插座的“最后一英里”是最困难和最昂贵的。一些替代方案,例如4 / 5G移动电话,更便宜,但它们无法同时为所有用户提供当今数据流应用(如流媒体电视)所需的极高传输速率。

苏黎世联邦理工学院电磁场研究所教授JürgLeuthold及其合作者现在在西雅图华盛顿大学同事的支持下,开发了一种新型光调制器,可以在将来覆盖最后一英里。有效且低成本地使用高频微波 - 所谓的毫米波 - 因此具有高数据传输速率。

无电子的光调制器

为了将光纤中编码的数据通过光强度的变化传输到毫米波上,需要非常快速且因此昂贵的电子元件。在相反的方向上,毫米波首先必须由天线接收,然后放大并混合到基带,最后注入光调制器,光调制器将无线电波中包含的数据转换回光脉冲。

Leuthold和他的同事现在已经成功地制造了一种完全没有电池和电子设备的光调制器。 “这使得我们的调制器完全独立于外部电源,并且最重要的是,它非常小,因此它原则上可以安装在任何灯柱上。从那里,它可以通过来自各个房屋和馈电的微波信号接收数据它们直接进入中心光纤“,Yannick Salamin博士解释说。为新调制器的发展做出重要贡献的学生。

通过等离子体调制

由ETH研究人员构建的调制器由一个小于一毫米的芯片组成,该芯片还包含微波天线。该天线接收毫米波并将其转换为电压。然后电压作用在芯片中心的一个薄槽上 - 调制器的实际中心。在那里,狭窄的狭缝,只有几微米长,小于一百纳米宽,填充有对电场特别敏感的材料。来自光纤的光束被送入该狭缝。然而,在狭缝内部,光传播 - 不同于光缆或空气 - 不再是电磁波,而是所谓的等离子体。等离子体是由电磁场和金属表面的电荷振荡构成的混合生物。由于这种特性,它们比光波更加紧密。

狭缝内部的电敏(“非线性”)材料确保即使天线产生的最小电场也会强烈影响等离子体的传播。当等离子体在狭缝末端转换回光波时,对波的振荡相的影响是保守的。通过这种方式,毫米波中包含的数据位直接传输到光波上 - 无需绕过电子设备,也无需任何外部电源。在60千兆赫兹的微波信号实验室实验中,研究人员能够证明在5米的距离内每秒高达10千兆位的数据传输速率,在1米的距离内每秒20千兆位。

便宜又多才多艺

除了小尺寸和可忽略的能耗之外,新型调制器还具有许多其他优点。 “从毫米波到光波的直接转换使得我们的调制器在数据编码的频率和精确格式方面特别通用”,Leuthold强调说。实际上,该调制器已经与新的5G技术以及基于300千兆赫的毫米波和太赫兹频率以及高达每秒100千兆比特的数据传输速率的未来行业标准兼容。而且,它可以使用传统的硅技术生产,因此成本相对较低。

最后,Leuthold可以向可能担心所涉及的电磁辐射的用户保证。与在所有方向上均匀传播的WiFi调制解调器的无线电波或微波不同,毫米波可以强烈聚焦以传输到外部,并且仅在屋顶天线和直径为20厘米的光束内的灯杆之间传播。 与其他无线技术相比,这大大降低了传输所需的功率。它还消除了WiFi调制解调器的典型问题,其信号可以相互接入。

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