Forskare vid National Institute of Standards and Technology (NIST) och medarbetare har visat en atombaserad sensor som kan bestämma riktningen för en inkommande radiosignal, en annan viktig del för ett potentiellt atomkommunikationssystem som kan vara mindre och fungera bättre i bullriga miljöer än konventionell teknik.

NIST-forskare visade tidigare att samma atombaserade sensorer kan ta emot vanligt använda kommunikationssignaler. Möjligheten att mäta en signals "ankomstvinkel" hjälper till att säkerställa noggrannheten hos radar och trådlös kommunikation, som behöver reda ut riktiga meddelanden och bilder från slumpmässiga eller avsiktliga störningar.

"Detta nya verk, i samband med vårt tidigare arbete med atombaserade sensorer och mottagare, får oss ett steg närmare ett sant atombaserat kommunikationssystem för att gynna 5G och längre fram, "sa projektledaren Chris Holloway.

I NIST:s experimentella inställningar, två olika färgade lasrar förbereder gasformiga cesiumatomer i en liten glaskolv, eller cell, i tillstånd med hög energi ("Rydberg"), som har nya egenskaper som extrem känslighet för elektromagnetiska fält. Frekvensen för en elektrisk fältsignal påverkar ljusets färger som absorberas av atomerna.

En atombaserad "mixer" tar insignaler och omvandlar dem till olika frekvenser. En signal fungerar som en referens medan en andra signal omvandlas eller "avaktiveras" till en lägre frekvens. Lasrar sonderar atomerna för att detektera och mäta skillnader i frekvens och fas mellan de två signalerna. Fas hänvisar till positionen för elektromagnetiska vågor relativt varandra i tid.

Blandaren mäter fasen av den avstängda signalen på två olika platser inuti atomångcellen. Baserat på fasskillnaderna på dessa två platser, forskare kan beräkna signalens ankomstriktning.

För att demonstrera detta tillvägagångssätt, NIST mätte fasskillnader för en 19,18 gigahertz experimentell signal på två platser inne i ångcellen för olika ankomstvinklar. Forskare jämförde dessa mätningar med både en simulering och en teoretisk modell för att validera den nya metoden. Den valda överföringsfrekvensen kan användas i framtida trådlösa kommunikationssystem, Sa Holloway.

Arbetet är en del av NIST:s forskning om avancerad kommunikation, inklusive 5G, femte generationens standard för bredbandscellnät, varav många kommer att vara mycket snabbare och bära mycket mer data än dagens teknik. Sensorforskningen är också en del av NIST på ett Chip -program, som syftar till att ta mätvetenskapsteknik i världsklass från labbet till användarna var som helst och när som helst. Medförfattare är från University of Colorado Boulder och ANSYS Inc. i Boulder.

Atombaserade sensorer i allmänhet har många möjliga fördelar, särskilt mätningar som är mycket exakta och universella, det är, samma överallt eftersom atomerna är identiska. Mätstandarder baserade på atomer inkluderar de för längd och tid.

Med vidare utveckling, atombaserade radiomottagare kan erbjuda många fördelar jämfört med konventionell teknik. Till exempel, det finns inget behov av traditionell elektronik som konverterar signaler till olika frekvenser för leverans eftersom atomerna gör jobbet automatiskt. Antennerna och mottagarna kan vara fysiskt mindre, med mått i mikrometer. Dessutom, atombaserade system kan vara mindre mottagliga för vissa typer av störningar och buller.