Kohti atomipohjaista radioviestintää

NIST:n tutkijat kumppaneineen määrittelivät saapuvan radiosignaalin suunnan lasermittausten perusteella tässä anturissa, joka on täynnä cesiumatomien kaasua.

National Institute of Standards and Technologyn (NIST) tutkijat ja yhteistyökumppanit ovat esitelleet atomipohjaisen anturin, joka pystyy määrittämään tarkasti saapuvan radiosignaalin suunnan. Sellainen olisi toinen tärkeä osa potentiaalista atomiyhteysjärjestelmää, joka voi olla pienempi ja toimii paremmin kuin perinteinen tekniikka kohisevassa ympäristössä.

NIST-tutkijat osoittivat aiemmin, että samat atomipohjaiset anturit voivat vastaanottaa yleisesti käytettyjä viestisignaaleja. Kyky mitata signaalin "saapumiskulma" auttaa varmistamaan tutkaa ja langatonta viestintää tarkkuuteen, jolla voi lajitella todelliset viestit ja kuvat satunnaisista tai tarkoituksellisista häiriöistä.

"Tämä uusi työ yhdessä aikaisemman atomipohjaisia antureita ja vastaanottimia koskevan työn kanssa vie meidät askeleen lähemmäksi todellista atomipohjaista viestintäjärjestelmää hyödyntämään 5G:tä ja sen seuraajia", toteaa projektin johtaja Chris Holloway.

Kokeiluissa kaksi eriväristä laseria valmistelee kaasumaisia cesiumatomeja pienessä lasipullossa korkean energian (“Rydberg”) tilaan, jossa on uusia ominaisuuksia, kuten äärimmäinen herkkyys sähkömagneettisille kentille. Sähkökentän signaalin taajuus vaikuttaa atomien absorboimiin valon väreihin.

Atomipohjainen "mikseri" ottaa tulosignaalit ja muuntaa ne eri taajuuksiksi. Yksi signaali toimii vertailuna ja toinen signaali muunnetaan tai "viritetään" matalammalle taajuudelle. Lasereilla tutkitaan atomeja ja mitataan taajuuksien ja vaiheiden erot näiden kahden signaalin välillä. Sekoitin mittaa viritetyn signaalin vaihetta kahdessa eri paikassa atomihöyrykennon sisällä. Näiden kahden sijainnin vaihe-erojen perusteella tutkijat voivat laskea signaalin saapumissuunnan.

Tämän lähestymistavan osoittamiseksi tutkijat mittasivat 19,18 gigahertsin signaalin vaihe-eroja kahdessa paikassa atomihöyryisen kennon sisällä eri saapumiskulmille. Tutkijat vertasivat näitä mittauksia sekä simulaatioon että teoreettiseen malliin uuden menetelmän validoimiseksi. Valittua lähetystaajuutta voitaisiin käyttää tulevissa langattomissa viestintäjärjestelmissä, Holloway tarkentaa.

Atomipohjaisilla antureilla on yleensä monia mahdollisia etuja, erityisesti mittaukset, jotka ovat sekä erittäin tarkkoja että universaaleja, toisin sanoen samat kaikkialla, koska atomit ovat identtisiä. Atomeihin perustuvat mittausstandardit sisältävät jo pituuden ja ajan mittaukset.

Kehitystyön jatkuessa atomipohjaiset radiovastaanottimet voivat tarjota monia etuja perinteisiin tekniikoihin verrattuna. Esimerkiksi perinteistä elektroniikkaa, joka muuntaa signaalit eri taajuuksille, ei tarvita koska atomit tekevät työn automaattisesti. Antennit ja vastaanottimet voivat olla fyysisesti pienempiä, mikrometrien mittakaavassa. Lisäksi atomipohjaiset järjestelmät voivat olla vähemmän herkkiä tietyntyyppisille häiriöille ja kohinalle.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttianturi kattaa koko radiotaajuusspektrin

Atomista audiotallennusta