美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)的研究人員及其合作者展示了一種基于原子的傳感器，它可以確定入射無線電信號的方向——這是潛在原子通信系統(tǒng)的另一個關(guān)鍵部分。據(jù)悉，這種基于原子的傳感器，可以比傳統(tǒng)技術(shù)更小，在嘈雜的環(huán)境中工作得更好。

NIST的研究人員此前證明，同樣的基于原子的傳感器可以接收常用的通信信號。測量信號“到達角度”(angle of arrival)的能力有助于確保雷達和無線通信的準(zhǔn)確性，它們需要從隨機或故意的干擾中甄別出真實的信息和圖像。

項目負責(zé)人克里斯·霍洛威(Chris Holloway)表示：“這項新工作，加上我們之前在基于原子的傳感器和接收器上的工作，讓我們離真正的基于原子的通信系統(tǒng)又近了一步，從而造福5G及其他領(lǐng)域?！?/p>

在NIST的實驗裝置中，兩種不同顏色的激光器在一個微小的玻璃燒瓶或電池中制備氣態(tài)銫原子，它們處于高能(“Rydberg”)狀態(tài)，這種狀態(tài)具有新穎的特性，如對電磁場極為敏感。電場信號的頻率，會影響原子吸收光的顏色。

一個基于原子的“混頻器”接收輸入信號，并將它們轉(zhuǎn)換成不同的頻率。一個信號作為參考信號，而另一個信號被轉(zhuǎn)換或“失諧”到較低的頻率。激光探測原子，以探測和測量兩種信號在頻率和相位上的差異。相位(Phase)是指電磁波在時間上彼此相對的位置。

混頻器測量失諧信號，在原子蒸汽電池內(nèi)兩個不同位置的相位。根據(jù)這兩個位置的相位差，研究人員可以計算出信號的到達方向。

為了證明這個方法，NIST在不同到達角度下測量了一個19.18千兆赫的實驗信號在氣室內(nèi)的兩個位置的相位差。研究人員將這些測量結(jié)果與仿真和理論模型進行了比較，以驗證新方法。Holloway稱，選定的傳輸頻率可以用于未來的無線通信系統(tǒng)。

這項工作是NIST在先進通信領(lǐng)域的研究的一部分，其中包括5G技術(shù)。5G是第五代寬帶蜂窩網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，其中許多技術(shù)將比今天的技術(shù)速度快得多，攜帶的數(shù)據(jù)量也大得多。傳感器研究也是NIST芯片項目的一部分，該項目旨在將世界一流的測量科學(xué)技術(shù)從實驗室?guī)У饺魏蔚胤胶腿魏螘r間的用戶。合著者來自科羅拉多大學(xué)博爾德分校和位于博爾德的ANSYS公司。

一般來說，基于原子的傳感器有許多潛在的優(yōu)點，特別是既高度精確又具有普遍性的測量方法。也就是說，由于原子是相同的，所以在任何地方都具有相同的測量方法。以原子為基礎(chǔ)的測量標(biāo)準(zhǔn)，包括長度標(biāo)準(zhǔn)和時間標(biāo)準(zhǔn)。

隨著進一步的發(fā)展，基于原子的無線電接收器可能會比傳統(tǒng)技術(shù)帶來很多好處。例如，不需要傳統(tǒng)的電子設(shè)備將信號轉(zhuǎn)換成不同的頻率來傳遞，因為原子會自動完成這項工作。天線和接收器的物理尺寸可以更小，達到微米級。此外，基于原子的系統(tǒng)可能不太容易受到某些類型的干擾和噪聲。因此，上述研究是非常有意義和參考價值的。