2021年9月28日消息，近日，多伦多大学的研究人员 George Eleftheriades 和 Sajjad Taravati 已经证明，由超材料制成的反射器可以引导光，从而使更多的无线数据能够在单一频率上传输。

他们相信这种新实现的特性——称为“全双工非互易性”——可以使现有无线网络的容量增加一倍。他们的研究发表在Nature Communications的一篇论文中。

“这种情况正在发生，”应用科学与工程学院电气和计算机工程系 Edward S. Rogers Sr. 教授 Eleftheriades 说。

在接下来的三到五年内，这项技术将被采用。

该团队概念验证的知识产权最近转移给了位于蒙特利尔的初创公司 LATYS Intelligence Inc.，该公司由多伦多大学工程校友 Gursimran Singh Sethi 共同创立。

超材料是由比它们设计用于操纵的光的波长更小的积木组成的合成结构。

该团队使用的材料由大小约为 20 毫米的重复晶胞组成。它们似乎形成了一个同质物体——超表面——用于更大波长的光，如微波，微波用于携带手机信号并从超表面反射，表现出一种称为非互易性的特性。

Eleftheriades 使用汽车的后视镜来说明它是如何工作的。

“当你开车看后视镜时，你会看到你身后的司机。那个司机也能看到你，因为光线从镜子反射并沿着相同的路径向后移动，”他说。

非互易性的不寻常之处在于入射角和反射角不相等。具体来说，波的后向路径是不同的。

基本上，你可以看到一个人，但你不能被看到。

此外，超材料使您能够控制和放大入射光束，这在许多应用中都很有用，从医学成像和太阳能电池板到卫星通信，甚至是新兴的隐形技术。

根据 Eleftheriades 的说法，通过增加引导反射光束的能力，新的智能超表面可以在无线通信中产生重要影响。

“在日常经验中，从塔发射的微波到达其预定终点，就像调制解调器一样，然后返回到电信站，”他说：“这就是为什么当你在手机上通话时，你不会在同一个频道上说话和收听。如果你这样做了，信号会干扰，你将无法将自己的声音与伴侣的声音分开。 ”

今天的 5G 网络只有“半双工”链路。本质上，5G 信号使用略有不同的频率，或相同频率但在略有不同的时间，以避免干扰。时间延迟对用户来说是察觉不到的。

相比之下，由 Eleftheriades 和博士后研究员 Taravati 开发的全双工架构意味着人们可以同时在同一频道上说话和收听。

与其他超材料技术不同，它在一个频率内将前向和后向路径在空间上分开——使系统容量加倍。

虽然全双工功能在军用级雷达中的容量有限，但目前不适用于移动设备等消费类应用。这是因为当前的全双工收发器是由笨重且昂贵的结构制成的，这些结构包括铁氧体材料和用于操纵光束的偏置磁铁。

“我们提出了一种完全不同的机制，”Elefthreriades 说：“没有磁铁或铁氧体。一切都是使用印刷电路板和硅电子元件（如晶体管）完成的。”

这些智能超表面的广泛适用性令LATYS 的开发团队感到兴奋。

Sethi 说：“接收和传输状态下的可调谐非对称辐射束具有解决无线通信行业一些最紧迫和主要挑战的巨大潜力。通过在空间上分离接收和传输路径，我们可以创建'真正的全双工系统'，可以同时支持相同频率的双向通信。”

这将使 LATYS 产品和原型在竞争中获得优势并获得更大的吸引力，尤其是在工业自动化、IIOT [工业物联网]和 5G 应用等无线电敌对环境中。

电气和计算机工程系系主任迪帕·昆杜尔教授指出，多伦多大学工程研究人员与商业世界之间的关系很重要。

“这是工程进步的众多方式之一的一个很好的例证，”她说：“概念的突破性证明，例如 Eleftheriades 教授和 Taravati 的，为更好的技术扫清了道路——然后工业接过了接力棒。”