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  • 丹尼尔·凯恩

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电气工程教授Gabriel Rebeiz当选为美国国家工程院院士

研究将有助于实现更可靠的飞机互联网,更快的智能手机连接等等

为了向五、六英里高空的乘客提供互联网服务,航空公司在飞机顶部安装了天线系统。该系统体积庞大,产生的阻力降低了燃油效率。在未来五年左右的时间里,更轻、产生的阻力更小、更可靠的电子操纵天线将取代目前机械驱动的飞机互联网系统。

图片来源:加州大学圣地亚哥分校电气工程教授Gabriel Rebeiz

电气工程Gabriel Rebeiz教授

这种类型的电子操纵天线阵列,即相控阵,在发展方面取得的进展是加州大学圣地亚哥分校电气工程教授加布里埃尔·雷贝兹在该奖项中获得一席之地的原因之一美国国家工程院(NAE),工程师可以获得的最高专业荣誉之一。

Rebeiz因其在射频微机电系统(RF MEMS)和相控阵技术方面的贡献而获得NAE的认可。

“有了相控阵,我们正在从机械移动迁移到电子扫描,”Rebeiz解释道加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院无线通信行业主席

汽车雷达系统

电子操纵天线阵列也被纳入下一代汽车雷达系统这是为了保证司机和他们可能看不到的周围行人的安全。这些类型的系统也可以被整合到未来的无人驾驶汽车中。

通过由安娜堡丰田技术中心领导的硬件开发项目,Rebeiz和他在加州大学圣地亚哥分校的研究团队研究了新的汽车雷达系统,该系统可以捕捉移动汽车周围约100米范围内的高分辨率图像。

雷贝兹将实验相控阵雷达系统描述为有点像望远镜或“变焦”镜头。天线阵列在汽车周围有规律地左右移动,以不到微秒的延迟捕捉正在发生的事情的高分辨率图像。

图片来源:加州大学圣地亚哥分校电气工程教授Gabriel Rebeiz

用于Gbps通信的晶圆级硅256单元60 GHz 5G相控阵发射机。Gabriel Rebeiz/加州大学圣地亚哥分校拍摄

他们的系统生成的信息比第一代汽车雷达系统提供的信息要详细得多,目前许多汽车都安装了第一代汽车雷达系统,用于帮助改变车道和与其他汽车保持安全距离等。雷贝兹还领导了一个团队,负责这些第一代雷达系统的硬件方面的工作,尽管他更深入地参与了第二代项目。

硬件开发项目包括来自雷贝兹电气工程实验室的大量研究生和博士后研究人员。这项工作获得了2014 R&D杂志R&D 100奖为其汽车相控阵雷达

非凡的学生

雷贝兹多年来指导和指导了大约100名研究生和博士后研究人员,首先是在密歇根大学,自2005年以来在加州大学圣地亚哥分校。

雷贝兹说:“我最为我的学生感到骄傲。“我的学生都非常成功。他们是我眼中的光。”

他以前的学生在学术界和工业界工作。例如,史蒂夫·莫伦科普夫(Steve Mollenkopf)是里贝兹在密歇根大学的学生。他是Qualcomm Inc.的首席执行官。

“我为加布里埃尔作为一名研究人员、教育家和导师的奉献精神鼓掌,”加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院院长阿尔伯特·皮萨诺说。“他在培养未来的技术领导者,同时追求前沿研究,并确保这些进步转化为社会。”

5G:第五代无线通信

相控阵研究成果可能进入社会的最引人注目的地方之一是通过第五代(5G)移动无线宽带网络。相控阵可能会被集成到移动设备和蜂窝基站中。到21世纪20年代初,预计5G系统将为移动用户提供高达每秒1千兆比特的高数据速率,这在一定程度上要归功于相控阵天线系统,该系统将在毫米波频率中引导、聚焦和扩展高带宽无线信号的覆盖范围。

雷贝兹说:“5G标准将基于相控阵,无论是基站还是手机、平板电脑和笔记本电脑等移动设备。”“我们现在正在为5G建造28千兆赫相控阵,并将在年底前拥有工作系统。”

雷贝兹是无线通信中心(CWC)在加州大学圣地亚哥分校,该机构将于5月11日举办5G移动与互联健康研讨会《禁止化学武器公约》5G论坛5月12日和13日。点击这里阅读2015年5G论坛总结。

在家快速上网

通过点对点无线信道的高带宽无线通信是雷贝兹影响的相控阵技术的另一个商业应用。

“在未来五年内,无线通信系统将拥有更大的带宽和信息承载能力。这将部分通过利用射频频谱的更高频率区域来实现,最高可达毫米波,”加州大学圣地亚哥分校电气工程教授Peter Asbeck说。“为了实现这一目标,工程师们将使用由相控阵技术制成的定向天线。这涉及到许多微型天线,这些天线的相位不同,可以向特定方向发送波束。为了驱动这些系统,你需要大量的电子器件,而Gabriel在将大量毫米波电子器件应用于硅电路方面处于世界领先地位,”加州大学圣地亚哥分校高性能通信设备和电路Skyworks教授Asbeck解释道。

2015年底,Rebeiz和他的加州大学圣地亚哥分校研究团队与Keysight Technologies进行了一项学术-行业合作,该合作使用相控阵来实现演示了首个60 GHz 5G无线通信链路.研究人员建立了一个跨越100多米的每秒2千兆比特的无线链路。相比之下,今天标准的Wi-Fi连接可能每秒只能传输30到50兆的数据。

这些高带宽无线链路将最终取代目前连接个人住宅和更快的互联网管道的“最后一英里”光纤。作为这些更快的数据管道的光纤“出口和入口匝道”的社区盒子将会保留,但盒子与个人住宅之间的连接将是无线的,很可能是60 GHz。带有电子定向天线系统阵列的电线杆将为个人住宅或多单元建筑提供现场连线。

雷贝兹解释说:“无线信号路径内的树木是可以的,尽管会有一定程度的衰减。”

雷贝兹所在社区的街道目前正在被拆除,以更新的物理连接取代现有的最后一英里光纤。

雷贝兹微笑着指出,除了更快的数据速率,未来的相控阵无线最后一英里系统还有另一个好处。

“他们将不再需要在街道上挖掘。”

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