3D反射器芯片技术打造通往33Gb/s的道路

CORNELL UNIVERSITY

一项新的研究发现，在微芯片上使用3D反射器堆栈可以使无线链路的数据速率提高三倍，从而有助于加快6G（https://spectrum.ieee.org/tag/6g）通信的发展。

目前大多数无线通信技术，如5G手机（https://spectrum.ieee.org/5g-release-16），工作频率都低于6GHz。为了获得更高的数据速率，研究人员正在努力开发使用20 GHz以上频率的6G通信，其数据速率是5G的100倍。

然而，在6G预期的更高频率下，传输也会因环境而遭受更大的衰减和损失。因此，大多数5G和6G技术都使用天线阵列，而不是依赖于单个发射机和单个接收机。这些阵列必须精确控制信号可能遇到的任何延迟，以确保它们在应该到达的时间到达，而不是产生混乱。然而，涉及向信号添加必要延迟的组件也会带来自身的问题。

最常见的延迟元件是移相器（https://ieeexplore.ieee.org/document/9784035）。纽约州伊萨卡康奈尔大学电气和计算机工程博士生Bal Govind说，尽管这些组件的大小可能小于0.3平方毫米，但它们不能在大带宽上同等延迟所有频率。Govind表示，相移会使信号模糊，极大地限制无线网络的数据速率。

相反，真正的延时元件可以在大带宽上相等地延迟所有频率，避免了模糊问题。然而，Govind说，这些元件的物理尺寸也更大，通常大小为1到2平方毫米。这意味着只有少数这样的电路组件可以集成到芯片上，这再次限制了信道容量。

然而，现在Govind和他的同事们已经开发出一种将真正的延时元件小型化的方法。这种新的微波元件只有0.16平方毫米，比移相器还小，但它也可以像一个真正的延时元件一样在14GHz的带宽上工作。

科学家们使用3D螺旋反射器实现了这些成果。信号在这些三维垂直堆栈中缠绕的方式会导致延迟。同时，设计的3D特性有助于将组件更紧密地组装在一起，从而节省空间。

Govind说：“通常情况下，就芯片面积而言，真正的时间延迟是非常昂贵的。我们提供了一个解决方案。”

总的来说，研究人员估计，在8GHz带宽内运行的新设备阵列可以实现每秒超过33GB的数据速率。他们指出，这是移相器的三倍，比真正的延时元件多40%。同时还补充道，这一策略也可能扩展到光学和声学领域。

科学家们近日在《自然》杂志上详细介绍了他们的发现（https://www.nature.com/articles/s41586-024-07075-y）。