Radiotaajuisen signaalin prosessointi akustiseksi

Sandia National Laboratoriesissa kehitetty akustosähköinen sirupiiri, joka sisältää radiotaajuisen vahvistimen, kiertoelimen ja suodattimen. Alemmassa mikroskopiakuvassa vahvistimen yksityiskohtia.

Sandia National Laboratoriesin tutkijat ovat rakentaneet maailman pienimmän ja parhaan akustisen vahvistimen. Ja he tekivät sen käyttämällä konseptia, joka on ollut hylättynä lähes 50 vuoden ajan.

Tutkimusjulkaistun mukaan laite on yli 10 kertaa tehokkaampi kuin aiemmat versiot. Suunnittelutoteutus ja tulevat tutkimussuunnat antavatkin lupauksen pienemmälle langattomalle tekniikalle.

Nykyaikaiset radiotaajuiset signaaliprosessorit (RFSP) käyttävät useita järjestelmätasolla integroituja tekniikoita kaikkien tarvittavien toimintojensa saavuttamiseksi. Vaikka nämä tekniikat ovat optimoituja vastaavien komponenttiensa suorituskyvyn kannalta, niiden integrointi järjestelmätasolla lopulta estää RFSP-piirien pienentämistä, mikä on ristiriidassa radiotaajuisten järjestelmien yleisen teknologisen suuntauksen kanssa.

RFSP-etuasteen monimutkaisuus - etenkin vaadittujen suodattimien ja vahvistimien lukumäärän suhteen - kasvaa merkittävästi, kun alaa vaaditaan tukemaan useampia taajuuskaistoja ja monituloisia/monilähtöisiä malleja yhä ruuhkaisemmalla ja tukkoisemmalla spektrimaisemalla. Lisäksi halutaan saada aikaan samanaikaisia lähetys- ja vastaanottojärjestelmiä (STAR), joissa lähetin ja vastaanotin toimivat samanaikaisesti samalla taajuuskaistalla.

Täysin akustinen RFSP olisi erittäin pienikokoinen, mutta sen perustekijöitä ei ole aiemmin esitelty.

Sandia Labin tutkijat ovat esitelleet kolme peruskomponenttia, jotka on valmistettu samalle sirulle täysin akustisten ja siksi erittäin pienikokoisten RFSP:n toteuttamiseksi. Näihin kuuluvat passiivinen suodatus aikaviiveellä, kaikkien aikojen parhaimman suorituskyvyn akustinen vahvistin vahvistuksen yksikköpituuden ja DC-tehohäviön suhteen sekä kaikkien aikojen ensimmäinen akustosähköinen kiertoelin ja näiden akustisten aaltokomponenttien yhteisvalmistus samalle sirulle.

Tutkimussaavutus toteutettiin heterogeenisesti integroidulla akustosähköisellä materiaalialustalla, joka koostuu 50 nm:n indiumgalliumarsenidin epitaxiaalisesta puolijohdekalvosta, joka on kontaktissa litiumniobaattisen pietsosähköisen substraatin kanssa.

Tutkijoiden mukaan näitä tekniikoita ei kuitenkaan ihan heti tule matkapuhelimiin sillä, muunnos edellyttäisi valtavaa valmistusinfrastruktuurin uudistamista. Mutta erikoistuneiden laitteiden pienissä tuotannoissa tekniikka antaa välittömämpiä lupauksia.

Sandia-tiimi selvittää jatkossa, voisivatko he mukauttaa tekniikkaansa myös optisen signaalinkäsittelyn parantamiseksi. He ovat myös kiinnostuneita selvittämään, voiko tekniikka auttaa eristämään ja manipuloimaan yksittäisiä äänikvantteja eli fononeja, mikä tekisi siitä mahdollisesti hyödyllisen joidenkin kvanttitietokoneiden ohjauksessa ja mittauksissa.

Aiheesta aiemmin:

Signaalinkäsittelyä valolla ja ultraäänellä

Tehopiirien vianhakua akustisesti

Tehokkaampaa optis-elektronista muunnosta