用于SubTHz频率的快速紧凑型收发器

据东京工业大学的科学家报告，新的收发器设计能够以超过100 GHz 的频率和 112 Gb/s 的数据速率进行传输和接收，这可能为 6G 技术铺平道路。通过有效地抑制由传输信号泄漏到接收器中引起的自干扰，所提出的架构达到了前所未有的数据速率，同时保持了惊人的紧凑尺寸。

电信领域的科学家和工程师已经在研究将用于第六代 (6G) 网络的技术。理想情况下，6G 应提供超过每秒 100 吉比特 (Gb/s) 的数据速率，并支持自动驾驶汽车和虚拟现实等应用的极低延迟。满足这些对传输和接收的巨大要求的一种方法是采用在 88 至 136 GHz 的亚太赫兹频率下运行的全双工 (FD) 架构。

FD 架构的主要优点是它使单个系统能够同时发送和接收信号，从而有效地将吞吐量提高一倍。实现这种架构的一种方法是让发射和接收模块共享一根天线。这有助于减小电路的尺寸，并允许两个部分充分利用可用的频谱。

然而，单天线 FD 架构受到自干扰 (SI) 的严重影响，这是一种传输信号泄漏到接收端的现象。此类系统必须包括用于 SI 消除的电路，该电路试图通过注入具有相反极性的相等信号来消除生成的 SI。在亚太赫兹频段，实现有效的 SI 消除比在较低频率下更具挑战性，这仍然是单天线 FD 设计的障碍。

在此背景下，日本东京工业大学 (Tokyo Tech) 的一组研究人员最近开发了一种新颖的 FD 通信系统，以解决 SI 带来的障碍。Kenichi Okada 教授的研究团队将在即将于6 月 11 日至 16 日在日本京都举行的2023 年 VLSI 技术和电路研讨会上展示他们的设计。

他们系统的主要特点之一是采用双极化贴片天线。它由差分信号驱动——用于传输和接收的正负馈电端口的组合。通过使这些端口的电路路径高度对称，可以最大限度地减少泄漏到差分接收器端口的传输信号的失配，从而有助于保持低 SI。“我们的设计避免了在具有不对称天线结构和不对称差分信号端口的设备中普遍存在的大传输泄漏，”冈田教授解释道。

所提议设计的另一个重要方面是 SI 消除 (SIC) 电路。为了有效地消除生成的 SI，需要仔细修改消除信号的相位，使其与泄漏信号的相位相反。这通常使用称为变容二极管的可变电容器来完成。然而，在亚太赫兹范围内，传统的变容器具有有限的相位范围和较差的分辨率。为了解决这个问题，研究人员开发了一种新的变容二极管结构，可在整个亚太赫兹频段和整个 360° 范围内实现出色的线性分辨率。

该团队通过一系列实验测试了他们的设计，结果非常有希望。“在无线测量中，拟议的 FD 收发器达到了 6 Gb/s。当 SI 消除器打开时，SI 抑制提高了 20 分贝，”Okada 教授强调说。

该设备是世界上第一个工作频率超过 100 GHz 的 FD 相控阵收发器，在高清模式下也达到了 112 Gb/s 的数据速率。这是亚太赫兹相控阵收发器中最快的最新系统。加上紧凑的尺寸和广泛的工作频率，所提出的架构代表了向 6G 电信技术迈出的一大步。

让我们希望在这个方向上的进一步研究能让我们更接近一个更加相互交流的世界!