All’inizio degli anni 2010, LightSquared, un’azienda che prometteva di rivoluzionare le comunicazioni cellulari, è fallita a causa dell’incapacità di eliminare le interferenze tra i suoi segnali e i sistemi GPS.
Ora, gli ingegneri della Penn State hanno sviluppato un nuovo strumento che potrebbe prevenire problemi simili in futuro: un filtro regolabile in grado di eliminare con successo le interferenze anche alle frequenze più elevate dello spettro elettromagnetico.
“Spero che questo consentirà la prossima generazione di comunicazioni wireless”, afferma Troy Olsson, assistente professore di ingegneria elettrica e dei sistemi presso l’Università della Pennsylvania e autore di un articolo sulla rivista Nature Communications che descrive il nuovo filtro.
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Lo spettro elettromagnetico è una delle risorse più preziose del mondo moderno. Solo una piccola parte di esso, principalmente le onde radio, è adatta alla comunicazione senza fili. Queste bande sono attentamente monitorate dalla Federal Communications Commission (FCC) degli Stati Uniti, che ha recentemente aperto la gamma di frequenze da 7 a 24 GHz, nota come Frequency Range 3 (FR3), per uso commerciale.
Fino ad ora, le comunicazioni wireless hanno utilizzato bande a bassa frequenza, da 600 MHz a 6 GHz, che costituiscono le bande 5G, 4G e 3G. Ogni dispositivo utilizza filtri diversi per frequenze diverse, il che comporta la necessità di un gran numero di filtri che occupano uno spazio significativo. Ad esempio, un tipico smartphone contiene più di 100 filtri per prevenire interferenze tra segnali di bande diverse.
Il nuovo filtro regolabile sviluppato dal team di Olsson potrebbe eliminare la necessità di filtri multipli, il che è particolarmente importante per l’introduzione del 6G e delle successive generazioni di comunicazioni. “Un filtro che può essere regolato in questi intervalli eviterà di dover installare più di 100 filtri sul telefono”, afferma Olsson.
Molte bande ad alta frequenza sono già riservate ai sistemi satellitari. Ad esempio, la rete satellitare Starlink di Elon Musk opera in queste bande. L’esercito utilizza queste frequenze anche per le comunicazioni radar e satellitari, il che crea ulteriori complicazioni.
Il nuovo filtro, sviluppato in collaborazione con i colleghi Mark Allen e Firouz Aflatouni, è regolabile, consentendo agli ingegneri di selezionare le frequenze da filtrare, anziché utilizzare filtri separati per ciascuna frequenza. Il materiale del filtro, granato di ferro-ittrio (YIG), è unico in quanto cambia la frequenza delle sue onde magnetiche quando esposto a un campo magnetico. Ciò consente al filtro di ottenere una sintonizzazione continua della frequenza su un ampio intervallo da 3,4 GHz a 11,1 GHz.
Inoltre, il nuovo filtro è notevolmente più piccolo dei suoi predecessori e consuma pochissima energia. “Abbiamo sviluppato un circuito di polarizzazione magnetica con consumo di energia statica pari a zero”, spiega lo studente Xinxiu Du, primo autore dell’articolo. Questo filtro è 10 volte più piccolo degli analoghi commerciali e può essere integrato nei dispositivi mobili.
A giugno, Olsson e Du presenteranno il nuovo filtro al Simposio internazionale sulla teoria e l’ingegneria delle microonde (MTT-S), ospitato dall’Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) a Washington, DC.
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