Onderzoekers van het National Institute of Standards and Technology (NIST) en medewerkers hebben een op atomen gebaseerde sensor gedemonstreerd die de richting van een binnenkomend radiosignaal kan bepalen. een ander belangrijk onderdeel voor een potentieel atomair communicatiesysteem dat kleiner zou kunnen zijn en beter zou kunnen werken in lawaaierige omgevingen dan conventionele technologie.

NIST-onderzoekers hebben eerder aangetoond dat dezelfde op atomen gebaseerde sensoren veelgebruikte communicatiesignalen kunnen ontvangen. De mogelijkheid om de "aankomsthoek" van een signaal te meten, zorgt voor de nauwkeurigheid van radar- en draadloze communicatie, die echte berichten en afbeeldingen moeten onderscheiden van willekeurige of opzettelijke interferentie.

"Dit nieuwe werk, in combinatie met ons eerdere werk aan op atomen gebaseerde sensoren en ontvangers, brengt ons een stap dichter bij een echt op atomen gebaseerd communicatiesysteem ten behoeve van 5G en verder, ', zegt projectleider Chris Holloway.

In de experimentele opstelling van NIST, twee verschillend gekleurde lasers bereiden gasvormige cesiumatomen voor in een kleine glazen kolf, of cel, in hoogenergetische ("Rydberg") staten, die nieuwe eigenschappen hebben, zoals extreme gevoeligheid voor elektromagnetische velden. De frequentie van een elektrisch veldsignaal beïnvloedt de kleuren van het licht dat door de atomen wordt geabsorbeerd.

Een op atomen gebaseerde "mixer" neemt ingangssignalen en zet ze om in verschillende frequenties. Eén signaal fungeert als referentie, terwijl een tweede signaal wordt omgezet of "ontstemd" naar een lagere frequentie. Lasers tasten de atomen af ​​om verschillen in frequentie en fase tussen de twee signalen te detecteren en te meten. Fase verwijst naar de positie van elektromagnetische golven ten opzichte van elkaar in de tijd.

De mixer meet de fase van het ontstemde signaal op twee verschillende locaties in de atomaire dampcel. Op basis van de faseverschillen op deze twee locaties, onderzoekers kunnen de aankomstrichting van het signaal berekenen.

Om deze aanpak te demonstreren, NIST mat faseverschillen van een experimenteel signaal van 19,18 gigahertz op twee locaties in de dampcel voor verschillende invalshoeken. Onderzoekers vergeleken deze metingen met zowel een simulatie als een theoretisch model om de nieuwe methode te valideren. De geselecteerde transmissiefrequentie kan worden gebruikt in toekomstige draadloze communicatiesystemen, zei Holloway.

Het werk maakt deel uit van NIST's onderzoek naar geavanceerde communicatie, inclusief 5G, de vijfde generatie standaard voor breedband mobiele netwerken, waarvan vele veel sneller zullen zijn en veel meer gegevens bevatten dan de huidige technologieën. Het sensoronderzoek maakt ook deel uit van het NIST on a Chip programma, die tot doel heeft meettechnologie van wereldklasse van het laboratorium naar gebruikers overal en altijd te brengen. Co-auteurs zijn van de Universiteit van Colorado Boulder en ANSYS Inc. in Boulder.

Op atoom gebaseerde sensoren hebben over het algemeen veel mogelijke voordelen, met name metingen die zowel zeer nauwkeurig als universeel zijn, dat is, overal hetzelfde omdat de atomen identiek zijn. Meetstandaarden op basis van atomen omvatten die voor lengte en tijd.

Met verdere ontwikkeling, op atoom gebaseerde radio-ontvangers kunnen veel voordelen bieden ten opzichte van conventionele technologieën. Bijvoorbeeld, er is geen behoefte aan traditionele elektronica die signalen omzet naar verschillende frequenties voor levering, omdat de atomen het werk automatisch doen. De antennes en ontvangers kunnen fysiek kleiner zijn, met afmetingen op micrometerschaal. In aanvulling, op atomen gebaseerde systemen zijn mogelijk minder gevoelig voor bepaalde soorten interferentie en ruis.