의 확산 사물인터넷 기술 일상적인 하드웨어와 새로운 가젯에서도 수다쟁이를 만들었지만 단점이 있습니다. 전파를 공유하는 장치가 많을수록 통신에 문제가 더 많이 발생합니다. 거의 300억 2030년까지 예상되는 연결된 기기는 동일한 주파수 대역을 공유하면서도 서로 다른 무선 표준을 사용하여 작동할 것으로 예상되며, 잠재적으로 서로 간섭할 수 있습니다. 이를 극복하기 위해, 일본의 연구자들 말하다 그들은 간섭 신호를 걸러내는 장치를 축소하는 방법을 개발했습니다. 이 기술은 여러 개의 개별 필터 대신 이를 단일 칩에 결합합니다.
스마트폰이 다양한 통신 표준과 다양한 국가에서 작동하려면 원치 않는 신호를 차단하기 위한 수십 개의 필터가 필요합니다. 그러나 이러한 필터는 비용이 많이 들고 전체적으로 비교적 많은 양의 부동산을 차지하다 전화에서. 전자기 스펙트럼이 점점 더 혼잡해짐에 따라 엔지니어는 전화와 기타 가젯에 더 많은 필터를 집어넣어야 하므로 더 많은 소형화가 필요합니다. 일본 통신 회사 NTT와 오카야마 대학의 연구원들은 모든 필터를 단일 장치로 축소할 수 있는 기술을 개발했다고 말합니다. 초음파 회로 의도치 않게 신호를 분산시키지 않고 신호를 조정할 수 있습니다.
초음파 회로는 스마트폰에 사용되는 표면 음향파(SAW) 필터와 유사한 필터를 통합합니다. SAW 필터는 전자 RF 신호를 기판 표면의 기계적 파동으로 변환하고 다시 그 반대로 변환하여 프로세스에서 특정 주파수를 필터링합니다. 기계적 파동은 그것을 생성하는 RF 파동보다 수천 배 더 짧기 때문에 SAW 필터는 컴팩트할 수 있습니다.
오늘날의 필터는 원치 않는 RF 신호를 초음파 신호로 변환하고 다시 반대로 변환하여 걸러냅니다. 새로운 연구를 통해 이러한 필터를 여러 개 단일 칩에 통합하는 방법이 나올 수 있습니다.NTT 주식회사
“미래 IoT 사회에서는 통신 대역폭과 방식이 늘어나 스마트폰에 초음파 필터 수백 개가 필요하지만, 배터리와 디스플레이, 프로세서 등 부품에도 공간이 필요해 이를 위한 넓은 면적을 할당할 수 없다”고 말했다. Daiki Hatanaka 연구 과학자 NTT의 나노역학 연구 그룹. “저희 기술은 마이크로미터 스케일의 매우 좁은 채널에 초음파를 가두고 원하는 대로 신호를 안내할 수 있게 해줍니다. 이 초음파 회로를 기반으로 여러 필터를 단 하나의 칩에 통합할 수 있습니다.”
밸리 의사 스핀 의존 수송
방향을 바꾸는 경로를 따라 초음파를 유도하면 후방 산란이 발생하여 신호 품질이 저하될 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 하타나카와 동료들은 오카야마 대학의 음향 연구를 활용했습니다. 위상 구조. 위상수학은 특정 조건을 만족하는 경우 서로 다른 모양을 동등하다고 생각할 수 있는 방법에 관한 수학입니다. 고전적인 예로는 도넛과 커피 머그잔이 각각 구멍이 하나뿐이기 때문에 동등하다고 하는 것입니다. 그러나 강조된 것처럼 2016 노벨 물리학상또한 초전도성을 포함한 물질의 특이한 상태를 탐구하는 데에도 사용됩니다.
일본의 연구자들은 실험에서 3중 회전 대칭을 가진 주기적 구멍 배열로 구성된 도파관을 만들었습니다. 서로 10도 떨어진 구멍이 있는 두 배열이 만나는 곳에서 밸리 의사 스핀이라는 위상적 특성이 발생합니다. 이 가장자리에서 작은 초음파 소용돌이가 반대 방향으로 “의사 스핀”하여 밸리 의사 스핀 의존 전송이라고 알려진 고유한 초음파를 생성합니다. NTT에 따르면 도파관에 날카로운 굽힘이 있어도 0.5GHz 신호를 한 방향으로만 전파합니다. 따라서 신호는 후방 산란을 겪을 수 없습니다.
하타나카는 “초음파의 밸리 상태의 편광 방향은 자동으로 단방향으로만 전파되도록 강제하고 후방 산란은 금지됩니다.”라고 말합니다.
NTT는 기가헤르츠 위상 회로가 이런 종류의 회로로는 최초라고 말합니다. 연구팀은 현재 단일 칩에 5~10개의 필터를 연결하는 도파관을 제작하려 하고 있습니다. 초기 칩은 약 1제곱센티미터이지만 연구자들은 이를 수백 제곱마이크로미터로 줄이기를 바라고 있습니다. 연구의 두 번째 단계에서는 초음파를 동적으로 제어하고, 신호를 증폭하고, 주파수를 변환하고, 이러한 기능을 하나의 시스템으로 통합하려고 할 것입니다.
이 회사는 향후 2년 동안 연구가 진행됨에 따라 상용화 계획을 고려할 것입니다. 연구가 상용 제품이 되면 미래의 스마트폰과 IoT 시스템에 미치는 영향이 중요할 수 있다고 하타나카는 말합니다. 그는 미래의 고급 스마트폰에 최대 약 20개의 초음파 회로가 장착될 수 있다고 추정합니다.
“우리는 절약된 공간을 더 나은 사용자 경험에 사용할 수 있으므로 초음파 필터나 다른 아날로그 신호 구성 요소를 사용하면 사용자 경험을 위한 디스플레이나 배터리 또는 다른 중요한 구성 요소를 개선할 수 있습니다.”라고 그는 말합니다.
