哥伦比亚大学的这款新型毫米波循环器，将彻底改变无线VR技术

这种毫米波循环器可能彻底改变新兴的5G蜂窝网络，虚拟现实的无线链路和汽车雷达。

此前，在2月的IEEE国际固态电路大会上，哥伦比亚大学的电气工程副教授Harish Krishnaswamy的小组推出了一种新器件：硅片上的第一个无磁体非互易循环器，这款循环器工作在毫米波频率（频率≧30GHz）。

近日，在这项工作的后续改进工作中，Harish Krishnaswamy和Andrea Alu教授合作，继续利用半导体工艺研制无磁体非互易部件，并在近日取得新进展。新设备的研究成果和原理发表在《自然通讯》杂志上。

目前，大多数设备的信号传输过程是可逆的，即信号在两设备之间可进行正向和反向的传输。而不可逆设备，如循环器，其信号在正向和反向传输时经过的是不同通道，因此信号是分离的，从而各路信号的传输是不会间断的。但现有为数不多的不可逆设备，它们都是由特殊的磁性材料制作而成，且其体积庞大、价格高昂，因此不适合应用到消费者无线电子产品。

不同于传统的不可逆设备，研究团队使用同步的高速晶体管开关，以不同的方式向前和向后传播波形，以实现信号的正向和反向传输，形象的来看，正反向信号就像是两列高速接近的火车，它们擦肩而过而不会碰撞到彼此。

值得注意的是，改进后的这一器件有着两大亮点：一是其硬件由常规半导体组成，成本低；二是该器件的信号传输是在毫米波级别上实现全双工无线传输。目前，几乎所有的电子设备都是在较低频率（低于6GHz）的半双工模式下工作，这一情况很容易导致带宽不够用；而全双工通信模式下，收发器的发射机和接收机在同一频道上同时工作，会使带宽内的数据容量加倍，亦不是优选。

而这一新设备在更高的毫米波频率上工作，开启了目前尚未使用的新带宽，在一定程度上解决了采用全双工通信方式存在的问题。对此，Krishnaswamy解释说：“这相当于为我们开发了更多的带宽资源，我们的实验室这几年都在使用这一设备，它具有无损、紧凑和大带宽的全双工通信行为特点，可用于制造各种组件，如隔离器、回旋器和循环器。”

据了解，这一技术带来的影响是非常大的，如在自动驾驶领域，该器件可以用于制造低成本的全集成毫米波雷达，自动驾驶的设施建构中，这些雷达的全双工通信传输与自动驾驶汽车中的超声波和基于摄像机的传感器一起工作，且它们可以在所有天气条件下进行24小时工作。

此外，该新型循环器也可用于构建VR耳机的毫米波全双工无线链路，而目前，该耳机依赖有线连接或系统到计算设备。对此，Krishnaswamy表示：“为了平滑的无线VR体验，需要在计算机和耳机之间来回传送大量数据，需要低延迟双向通信。我们的CMOS循环器支持的毫米波全双工收发器可能是一个有希望的解决方案，因为它提供低延迟的高速数据，且具有低成本、小尺寸的特点。”

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