手机和电脑使用电磁波来发送和接收信息——它们使我们的设备能够上传照片和下载应用程序。但是在电磁波谱上可用的带宽是有限的。天富注册
工程师们设想，让无线设备以相同的频率发送和接收信息，将是克服这一限制的一种方法。但这种方法也带来了挑战，因为相同频率的入射波和输出波通常会相互干扰。(这就是为什么，例如，当收音机距离对方足够近时，使用相同频率的电台会干扰对方的信号。)
加州大学洛杉矶分校电气工程师开发的一项新设计可以解决这个问题。研究人员证明，一个循环器——一种从不同端口发送和接收电磁波的微型设备——共用一个天线，可以使信号同时发送和接收。在接收信号的相同频率上发送信号，实质上可以使芯片传输数据所需的频谱空间增加一倍。
动作中的“顺序切换延迟线”动画:该方法沿不同但等长的路径切换电磁波的输入和输出，以避免干扰。天富注册
一篇关于这项工作的论文发表在《科学报告》上，这是一份由《自然》杂志出版的开放获取期刊。
前几代的循环器使用的是磁性材料，这种材料不能被整合到目前的微芯片中，也没有足够的带宽用于今天的智能手机和其他设备。加州大学洛杉矶分校的原型机使用同轴电缆将电磁波穿过非磁性材料，但该设备最终可能使用硅基或其他半导体材料。
设计的关键是一个方法称为“按顺序切换延迟,”,这是类似于交通工程师路线客运列车从一个轨道到另一个,允许多个列车进入和退出火车站同时避免碰撞,即使只有少数可用。
“在一个繁忙的火车站,火车正在积极跟踪到,以最大限度的减少可能会停下来时进入车站,“说Yuanxun“伊桑”王,电工副教授加州大学hssas将领导的工程和应用科学的研究。“这是同样的想法，只是同样频率的电磁波在芯片中携带信息而已。”
第一作者Mathew Biedka和合著者Rui Zhu是加州大学洛杉矶分校的博士生，由Wang指导，而合著者Qiang " Mark " Xu是Wang实验室的博士后学者。
该团队使用商用部件演示了这一概念，目前正在特殊制造的芯片上进行测试。
该设计包括六条相同长度的传输线，由五个开关连接。开关按顺序打开和关闭，以分配电磁波，并允许同时传输和接收携带数据的信号。
之前的研究已经证明，信号可以在相同的电磁频率下同时发送和接收，包括2014年由王领导的led，它对信号进行了调制。但是，根据研究人员的说法，这种新设计是第一种提供无限带宽的设计。
它可以很容易地集成到当前的芯片制造过程中，并在几乎所有的工业标准设计中。以前的概念可能要求使用与当前行业标准不一致的组件，或者只在一个狭窄的范围内工作。王说，加州大学洛杉矶分校新的循环器可以从最低频率工作到无线电频率，甚至可能在光谱的可见光部分工作。
“就像电容或电阻一样，能够路由电磁波的设备几乎是任何电路的基本组成部分，”王说。“让它拥有无限带宽，将引发一场手机、汽车传感器甚至量子计算机设计的革命。”
王的研究小组最近获得了美国国防高级研究项目局微系统技术办公室的220万美元拨款，用于开发用于微芯片的设备。
