حذف تداخل در فرکانس های بالا/ قفل نسل ششم ارتباطات بی سیم باز شد

محققان یک فیلتر قابل تنظیم برای جلوگیری از ایجاد تداخل در باند های فرکانسی بالا طراحی کرده اند که می تواند قفل نسل بعدی ارتباطات بی سیم را باز کند.

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری اکسکو به نقل از اینترستینگ اینجینرینگ، طیف الکترومغناطیسی یکی از با ارزش ترین منابع دنیای مدرن است، اما تنها بخش کوچکی از آن، عمدتاً امواج رادیویی، که کمتر از یک میلیاردم یک درصد را نشان می دهد، برای ارتباطات بی سیم مناسب هستند.

کمیسیون ارتباطات فدرال (FCC) باند های موجود در آن قسمت از طیف را به دقت کنترل می کند. اخیراً آنها باند فرکانس 3 (FR3) را که شامل فرکانس هایی از حدود 7 گیگاهرتز تا 24 گیگاهرتز است را برای استفاده تجاری باز کرده اند.

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

تا به امروز، ارتباطات بی سیم عمدتاً از باند های فرکانس پایین تر استفاده می کردند. اولسون نویسنده ارشد مقاله جدیدی در مجله نیچر کامیونیکیشنز (Nature Communications) در خصوص این فیلتر توضیح داد: «در حال حاضر ما از 600 مگاهرتز تا 6 گیگاهرتز کار می کنیم. این «فایو جی» (5G)، «فورجی» (4G) و «تری جی» (3G) است.

دستگاه های بی سیم برای فرکانس های مختلف به فیلتر های مختلفی نیاز دارند که منجر به نیاز به فیلتر های متعدد برای پوشش تمام باند ها می شود که فضای قابل توجهی را اشغال می کند. یک تلفن هوشمند معمولی حاوی بیش از 100 فیلتر است تا از تداخل سیگنال های باند های مختلف با یکدیگر جلوگیری کند.

باند فرکانس 3 به احتمال زیاد برای «سیکس جی» (6G) یا «نکست جی» (Next G) عرضه می شود و در حال حاضر عملکرد فناوری های فیلتر کوچک و سوییچ کم تلفات در این باند ها بسیار محدود است. داشتن فیلتری که می تواند در آن باند ها تنظیم شود به این معنی است که مجبور نیستید بیش از 100 فیلتر دیگر را با سوییچ های مختلف در تلفن خود قرار دهید. اولسون گفت: فیلتری مانند آنچه که ما ایجاد کردیم، مناسب ترین مسیر برای استفاده از باند فرکانس 3 است.

موانع استفاده از باند های فرکانسی بالا

استفاده از باند های فرکانس بالاتر یک چالش است، زیرا بسیاری از فرکانس ها از قبل برای ماهواره ها رزرو شده اند.

اولسون اشاره می کند که استارلینک متعلق به ایلان ماسک در این باند ها کار می کند، همچنین ارتش بسیاری از باند های پایین تر را اشغال کرده است، و هیچ قصدی برای کنار گذاشتن فرکانس های رادار یا ارتباطات ماهواره ای آنها در این محدوده نشان نمی دهد.

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 می دهد تا فرکانس های مختلف را به صورت انتخابی فیلتر کنند و نیازی به فیلتر های متعدد جداگانه را از بین ببرند.

اولسون توضیح می دهد: تنظیم پذیر بودن واقعاً مهم خواهد بود، زیرا در فرکانس های بالاتر ممکن است همیشه یک بلوک اختصاصی از طیف را برای استفاده تجاری نداشته باشید.

نقش منحصر به فرد ماده «گارنت ایتریوم آهن»

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

هنگامی که در معرض میدان مغناطیسی قرار می گیرد، موج اسپین مغناطیسی تولید شده توسط گارنت ایتریوم آهنفرکانس خود را تغییر می دهد. این فیلتر گارنت ایتریوم آهن را قادر می سازد 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 می یابد.