حذف تداخل در فرکانس‌های بالا/ قفل نسل ششم ارتباطات بی‌سیم شکست

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از اینترستینگ اینجینرینگ، طیف الکترومغناطیسی یکی از با ارزش‌ترین منابع دنیای مدرن است، اما تنها بخش کوچکی از آن، عمدتاً امواج رادیویی، که کمتر از یک میلیاردم یک درصد را نشان می‌دهد، برای ارتباطات بی‌سیم مناسب هستند.

کمیسیون ارتباطات فدرال (FCC) باند‌های موجود در آن قسمت از طیف را به دقت کنترل می‌کند. اخیراً آنها باند فرکانس ۳ (FR۳) را که شامل فرکانس‌هایی از حدود ۷ گیگاهرتز تا ۲۴ گیگاهرتز است را برای استفاده تجاری باز کرده اند.

به گفته تروی اولسون، دانشیار مهندسی برق و سیستم (ESE) دانشگاه پنسیلوانیا، ابزار جدید می‌تواند نسل بعدی ارتباطات بی‌سیم را فعال کند.

تا به امروز، ارتباطات بی‌سیم عمدتاً از باند‌های فرکانس پایین‌تر استفاده می‌کردند. اولسون نویسنده ارشد مقاله جدیدی در مجله نیچر کامیونیکیشنز (Nature Communications) در خصوص این فیلتر توضیح داد: «در حال حاضر ما از ۶۰۰ مگاهرتز تا ۶ گیگاهرتز کار می‌کنیم. این «فایو جی» (۵G)، «فورجی» (۴G) و «تری جی» (۳G) است.

دستگاه‌های بی‌سیم برای فرکانس‌های مختلف به فیلتر‌های مختلفی نیاز دارند که منجر به نیاز به فیلتر‌های متعدد برای پوشش تمام باند‌ها می‌شود که فضای قابل توجهی را اشغال می‌کند. یک تلفن هوشمند معمولی حاوی بیش از ۱۰۰ فیلتر است تا از تداخل سیگنال‌های باند‌های مختلف با یکدیگر جلوگیری کند.

باند فرکانس ۳ به احتمال زیاد برای «سیکس جی» (۶G) یا «نکست جی» (Next G) عرضه می‌شود و در حال حاضر عملکرد فناوری‌های فیلتر کوچک و سوئیچ کم تلفات در این باند‌ها بسیار محدود است. داشتن فیلتری که می‌تواند در آن باند‌ها تنظیم شود به این معنی است که مجبور نیستید بیش از ۱۰۰ فیلتر دیگر را با سوئیچ‌های مختلف در تلفن خود قرار دهید. اولسون گفت: فیلتری مانند آنچه که ما ایجاد کردیم، مناسب‌ترین مسیر برای استفاده از باند فرکانس ۳ است.

موانع استفاده از باند‌های فرکانسی بالا

استفاده از باند‌های فرکانس بالاتر یک چالش است، زیرا بسیاری از فرکانس‌ها از قبل برای ماهواره‌ها رزرو شده‌اند.  

اولسون اشاره می‌کند که استارلینک متعلق به ایلان ماسک در این باند‌ها کار می‌کند، همچنین ارتش بسیاری از باند‌های پایین‌تر را اشغال کرده است، و هیچ قصدی برای کنار گذاشتن فرکانس‌های رادار یا ارتباطات ماهواره‌ای آنها در این محدوده نشان نمی‌دهد.

در نتیجه، آزمایشگاه اولسون با مارک آلن، پروفسور آلفرد فیتلر مور و فیروز افلاطونی، دانشیار دانشگاه پنسیلوانیا، برای طراحی یک فیلتر قابل تنظیم همکاری کردند که به مهندسان اجازه می‌دهد تا فرکانس‌های مختلف را به صورت انتخابی فیلتر کنند و نیازی به فیلتر‌های متعدد جداگانه را از بین ببرند.

اولسون توضیح می‌دهد: تنظیم‌پذیر بودن واقعاً مهم خواهد بود، زیرا در فرکانس‌های بالاتر ممکن است همیشه یک بلوک اختصاصی از طیف  را برای استفاده تجاری نداشته باشید.  

نقش منحصربه‌فرد ماده «گارنت ایتریوم آهن»

قابلیت تنظیم این فیلتر از ماده خاصی به نام «گارنت ایتریوم آهن» (YIG) ناشی می‌شود که ترکیبی از ایتریوم، یک فلز خاکی کمیاب، همراه با آهن و اکسیژن است. همانطور که اولسون بیشتر اشاره می‌کند، ماده گارنت ایتریوم آهن منحصر به فرد است، زیرا یک موج اسپین مغناطیسی ایجاد می‌کند (نوعی موج که در مواد مغناطیسی زمانی که الکترون‌ها به طور هماهنگ با هم می‌چرخند) تشکیل می‌شود.

هنگامی که در معرض میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد، موج اسپین مغناطیسی تولید شده توسط گارنت ایتریوم آهنفرکانس خود را تغییر می‌دهد. این فیلتر گارنت ایتریوم آهن را قادر می‌سازد تا از طریق تنظیمات میدان مغناطیسی به تنظیم فرکانس پیوسته در یک باند فرکانس بسیار وسیع دست یابد.

زینگیو دو، دانشجوی دکترا در آزمایشگاه اولسون و نخستین نویسنده مقاله، گفت: با تنظیم میدان مغناطیسی، فیلتر گارنت ایتریوم آهن به تنظیم فرکانس پیوسته در یک باند فرکانسی بسیار وسیع دست می‌یابد.