Pesquisadores do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) e colaboradores demonstraram um sensor baseado em átomo que pode determinar a direção de um sinal de rádio de entrada, outra parte importante para um sistema de comunicação atômica em potencial que poderia ser menor e funcionar melhor em ambientes barulhentos do que a tecnologia convencional.

Os pesquisadores do NIST demonstraram anteriormente que os mesmos sensores baseados em átomos podem receber sinais de comunicação comumente usados. A capacidade de medir o "ângulo de chegada" de um sinal ajuda a garantir a precisão do radar e das comunicações sem fio, que precisam separar mensagens e imagens reais de interferências aleatórias ou deliberadas.

“Este novo trabalho, em conjunto com nosso trabalho anterior em sensores e receptores baseados em átomos, nos deixa um passo mais perto de um verdadeiro sistema de comunicação baseado em átomo para beneficiar 5G e além, "disse o líder do projeto, Chris Holloway.

Na configuração experimental do NIST, dois lasers de cores diferentes preparam átomos de césio gasosos em um pequeno frasco de vidro, ou celular, em estados de alta energia ("Rydberg"), que têm novas propriedades, como extrema sensibilidade a campos eletromagnéticos. A frequência de um sinal de campo elétrico afeta as cores da luz absorvida pelos átomos.

Um "mixer" baseado em átomos pega os sinais de entrada e os converte em diferentes frequências. Um sinal atua como uma referência enquanto um segundo sinal é convertido ou "desafinado" para uma frequência mais baixa. Lasers sondam os átomos para detectar e medir diferenças de frequência e fase entre os dois sinais. Fase refere-se à posição das ondas eletromagnéticas em relação umas às outras no tempo.

O misturador mede a fase do sinal desafinado em dois locais diferentes dentro da célula de vapor atômico. Com base nas diferenças de fase nesses dois locais, os pesquisadores podem calcular a direção de chegada do sinal.

Para demonstrar essa abordagem, O NIST mediu as diferenças de fase de um sinal experimental de 19,18 gigahertz em dois locais dentro da célula de vapor para vários ângulos de chegada. Os pesquisadores compararam essas medições com uma simulação e um modelo teórico para validar o novo método. A frequência de transmissão selecionada pode ser usada em futuros sistemas de comunicação sem fio, Holloway disse.

O trabalho faz parte da pesquisa do NIST em comunicações avançadas, incluindo 5G, o padrão de quinta geração para redes celulares de banda larga, muitos dos quais serão muito mais rápidos e transportarão muito mais dados do que as tecnologias atuais. A pesquisa de sensor também faz parte do programa NIST on a Chip, que visa trazer tecnologia de ciência de medição de classe mundial do laboratório para usuários em qualquer lugar e a qualquer hora. Os co-autores são da University of Colorado Boulder e ANSYS Inc. em Boulder.

Os sensores baseados em átomos em geral têm muitas vantagens possíveis, notavelmente medições que são altamente precisas e universais, isso é, o mesmo em todos os lugares porque os átomos são idênticos. Os padrões de medição baseados em átomos incluem aqueles para comprimento e tempo.

Com mais desenvolvimento, Os receptores de rádio baseados em átomos podem oferecer muitos benefícios em relação às tecnologias convencionais. Por exemplo, não há necessidade de eletrônicos tradicionais que convertem sinais em frequências diferentes para entrega, porque os átomos fazem o trabalho automaticamente. As antenas e receptores podem ser fisicamente menores, com dimensões em escala micrométrica. Além disso, sistemas baseados em átomos podem ser menos suscetíveis a alguns tipos de interferência e ruído.