NIST-demo tilføjer nøglefunktioner til atom-baseret radiokommunikation

Forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) og samarbejdspartnere har demonstreret en atom-baseret sensor, der kan bestemme retningen af ​​et indkommende radiosignal, en anden nøgledel for et potentielt atomkommunikationssystem, der kunne være mindre og fungere bedre i støjende miljøer end konventionel teknologi.

NIST-forskere har tidligere vist, at de samme atombaserede sensorer kan modtage almindeligt anvendte kommunikationssignaler. Evnen til at måle et signals "ankomstvinkel" hjælper med at sikre nøjagtigheden af ​​radar og trådløs kommunikation, som skal sortere rigtige beskeder og billeder fra tilfældig eller bevidst indblanding.

"Dette nye værk, i forbindelse med vores tidligere arbejde med atombaserede sensorer og modtagere, bringer os et skridt tættere på et ægte atombaseret kommunikationssystem til gavn for 5G og mere, " sagde projektleder Chris Holloway.

I NISTs eksperimentelle opsætning, to forskellige farvede lasere forbereder gasformige cæsiumatomer i en lille glaskolbe, eller celle, i højenergi ("Rydberg") stater, som har nye egenskaber såsom ekstrem følsomhed over for elektromagnetiske felter. Frekvensen af ​​et elektrisk feltsignal påvirker farverne af lys, der absorberes af atomerne.

En atombaseret "mixer" tager inputsignaler og konverterer dem til forskellige frekvenser. Et signal fungerer som en reference, mens et andet signal konverteres eller "detunes" til en lavere frekvens. Lasere sonderer atomerne for at detektere og måle forskelle i frekvens og fase mellem de to signaler. Fase refererer til positionen af ​​elektromagnetiske bølger i forhold til hinanden i tid.

Blanderen måler fasen af ​​det afstemte signal på to forskellige steder inde i atomdampcellen. Baseret på faseforskellene på disse to steder, forskere kan beregne signalets ankomstretning.

For at demonstrere denne tilgang, NIST målte faseforskelle af et 19,18 gigahertz eksperimentelt signal på to steder inde i dampcellen for forskellige ankomstvinkler. Forskere sammenlignede disse målinger med både en simulering og en teoretisk model for at validere den nye metode. Den valgte transmissionsfrekvens kan bruges i fremtidige trådløse kommunikationssystemer, sagde Holloway.

Arbejdet er en del af NISTs forskning i avanceret kommunikation, inklusive 5G, den femte generations standard for bredbåndsmobilnetværk, hvoraf mange vil være meget hurtigere og bære langt flere data end nutidens teknologier. Sensorforskningen er også en del af NIST on a Chip-programmet, som har til formål at bringe målevidenskabsteknologi i verdensklasse fra laboratoriet til brugere hvor som helst og når som helst. Medforfattere er fra University of Colorado Boulder og ANSYS Inc. i Boulder.

Atombaserede sensorer har generelt mange mulige fordele, især målinger, der er både meget nøjagtige og universelle, det er, det samme overalt, fordi atomerne er identiske. Målestandarder baseret på atomer inkluderer dem for længde og tid.

Med videreudvikling, atom-baserede radiomodtagere kan tilbyde mange fordele i forhold til konventionelle teknologier. For eksempel, der er ikke behov for traditionel elektronik, der konverterer signaler til forskellige frekvenser til levering, fordi atomerne gør jobbet automatisk. Antennerne og modtagerne kan være fysisk mindre, med mikrometermål. Ud over, Atombaserede systemer kan være mindre modtagelige for visse typer interferens og støj.