中国研发芯片大小的微波光子滤波器 助自动驾驶汽车高效传输数据

盖世汽车讯 据外媒报道，北京大学研究人员研发出一种芯片大小的微波光子滤波器，能够将通信信号从噪音中分离出来，并能够抑制整个射频频谱中的不必要干扰。该设备预计能够帮助下一代无线通信技术高效地在拥挤环境中传输数据，该拥挤的环境将充满手机、自动驾驶汽车、联网设备和智能城市基础设施等发出的信号。

研究人员展示滤波器如何将通信信号从噪音中分离出来（图片来源：北京大学）

研究人员表示：“该款新型微波光子滤波器能够改进6G等无线通信，实现更快的网络连接、更好的整体通信体验、降低无线通信系统的成本和能耗。此类进步将直接或间接地影响日常生活，提高整体生活质量，在移动出行、智能家居和公共空间等各个领域实现全新体验。”

研究人员在发布的文章中描述了新型微波光子滤波器如何克服传统电子器件的限制，以芯片大小的器件实现低功耗的多种功能。他们还展示了该滤波器在扩展至30 GHz以上的广泛射频频谱上的工作能力，表明其适用于6G技术。

抑制干扰

6G技术正在研发中，以改进目前已经得到部署的5G通信网络。为了以更快的速度传输更多数据，6G网络预计能够采用毫米波甚至太赫兹频段。由于其将把信号分布在一个极宽的频谱上，并增加数据速率，因此不同通信信道之间可能会有很大的干扰。

为了解决该问题，研究人员试图研发一种滤波器，可以保护信号接收器免受整个无线电频谱中各种类型的干扰。为了实现成本效益以及可广泛部署的实用性，将该滤波器制成体积小、功耗低、能够实现多种过滤功能并可集成在一块芯片上的设备非常重要。不过，之前演示的滤波器受到功能少、尺寸大、带宽有限且相关电子元件要求的限制。

为了制作新滤波器，研究人员创建了一个简化的光子结构，包括四个主要部分。首先，相位调制器为射频信号的输入口，将电信号调制成光域。接下来，一个双环充当开关，塑造调制格式。可调微环为处理信号的核心单元。最后，光电探测器作为射频信号的输出口，并从光信号中恢复射频信号。

研究人员表示：“该研究的最大创新是打破设备间的障碍，实现设备之间的相互协作。双环和微环的协同工作可以实现强度一致的单级可调联微环（ICSSA-CM）架构。由于制成的ICSSA-CM架构具有很高的可重构性，因此不需要额外的射频设备来构建各种滤波功能，从而简化了整个系统的构成。”

演示性能

为了测试该设备，研究人员采用了高频探头，将射频信号加载到该芯片中，并用高速光电探测器收集恢复的信号。他们采用任意波发生器和定向天线模拟生成2Gb/s高速无线信号传输，以及一个高速示波器接收处理后的信号。通过比较采用与未采用该滤波器的结果，研究人员能够演示该滤波器的性能。

总体而言，研究结果表明，与以前由数百个重复单元组成的可编程集成式微波光子滤波器相比，得到简化的光子结构损耗更低、系统复杂性也降低，因此比之前的设备更坚固、更节能、更容易制造。

研究人员计划进一步优化调制器并改进整体滤波器的架构，以实现高动态范围和低噪声，同时确保设备和系统级的高集成度。

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