6G的下一步：太赫兹技术新进展-太赫兹科学

由于太赫兹技术被视为迈向 6G 的下一步，Cannon公司、哈佛大学以及 NASA 等机构都致力于推动这项技术的发展。

位于电磁 (EM) 频谱的 30 微米和 3 毫米范围之间的太赫兹 (THz) 或亚毫米波长辐射可能与未来几代电信网络的发展密切相关。与5G 相比，该频段被称为6G 的候选技术，已被证明能够实现更快的数据传输速率，这促使研究人员和工程师进一步研究使用这些波长生成和读取信号背后的科学。

显示太赫兹波段的 EM 光谱概览。

本文介绍了太赫兹技术的三个最新发展，包括两项新的芯片技术。其中两项突破来自学术界，一项来自工业界。尽管需要注意的是太赫兹辐射有多种用例，但今天，我们将主要关注为无线宽带蜂窝电信网络实施该技术。

用于太赫兹信号生成的超薄光子电路

今年早些时候，来自瑞士洛桑联邦理工学院、苏黎世联邦理工学院和哈佛大学的一组科学家发表了他们在开发用于精确生成太赫兹信号的专有电路方面的发现。在 EPFL HYLAB 的 Christina Benea-Chelmus 教授的带领下，该团队制造了一种在光学和电信领域都有潜在应用的集成电路。

研究人员用于生成太赫兹信号的芯片和设置。

利用一种叫做铌酸锂（一种常用于制造电子元件和传感器的化合物）的合成化学物质的特性，研究人员能够制造出一种光子芯片，它不仅可以产生太赫兹波，还可以精确控制信号的频率、幅度和相位。

这种超薄膜芯片是通过纳米级蚀刻工艺制成的，其中称为波导的通道排列使微型天线能够在标准光纤的帮助下广播太赫兹信号。

据 Benea-Chelmus 教授介绍，这种使用熟悉的制造方法和传统光学电子技术的小型设备可以封装成微型嵌入式组件，用于发送和接收数据，这可能是 6G 网络设备开发中的宝贵资产。

其他用例包括非破坏性光谱学和量子物体的控制，尽管目前，该团队的首要任务是改进他们设计的波导和天线，以创建具有更大振幅的信号并进一步微调其太赫兹频率。

佳能开发太赫兹芯片

在行业方面，以相机和打印机设备而广受欢迎的日本科技集团佳能宣布了一种新型紧凑型太赫兹半导体芯片，可能以成像形式应用于安全领域，并以 6G 形式应用于电信领域。

佳能最新的太赫兹芯片。

使用称为谐振隧道二极管的组件，佳能的工程师能够缩小其设计并创建能够同时具有高输出和高可检测性的 IC，同时封装到比其他演示小得多的占位面积中。这些二极管非常有用，因为它们从内置于半导体中的天线发射太赫兹辐射，有效地消除了对频率多路复用器、喇叭天线和透镜等模块的需求。

由 36 根天线组成的集成阵列精确同步，偏差不超过 1 皮秒，可提高信号传输的准确性和清晰度，同时也可能对克服太赫兹技术的范围挑战产生影响。

目前，该设备旨在用于手机和相机等小型电子设备，但也可用于实时主动成像等其他计算机系统。据佳能称，其新芯片还可以在数米范围内进行非侵入式人体扫描和隐藏武器检测，适用于行人密集场所的安全用途，而不会中断交通。

提高太赫兹通信的范围

无线电数据传输的一个常见经验法则是信号频率越高，传输距离越短。如果我们看一下太赫兹范围内的高频，我们会发现在我们的通信开始出现损耗之前，发射器和接收器之间的最大距离约为一英尺。

来自美国东北大学、美国宇航局喷气推进实验室和空军研究实验室的一组科学家提出了一种克服这些挑战的新方法，建立了超过一英里的每秒数千兆比特的连接。

根据美国东北大学的 Joseph Jornet 教授的说法，他们成功的关键是从他们的通信信道中移除混频器（传统上用于向信号添加信息的模块）的过程，因为它由于传输的高功率要求而对他们的系统产生了负面影响太赫兹信号。

这样，为了建立可靠的链接，团队对信息进行了预失真并将其直接馈送到源中，从而无需在接收器端进行重建，在那里他们可以从门外获得几乎‘干净’的信号。

这个过程的背后是一个基于传统肖特基二极管的电子系统，它可以以与光纤相同的速度无线发送数据，并在 2 公里的范围内进行测试。根据 Jornet 教授的说法，这项工作可用于开发全球 6G 网络，该网络可以通过卫星通信而不是光缆基础设施在全球范围内实现极高的无线互联网速度。

从光学到无线的可能转变？

尽管 5G 标准尚未达到顶峰，但依赖越来越高的数据传输速度的计算机和网络技术的进步可能迟早会迎来太赫兹作为下一代标准。

在解决这三个新发现有效实现的组件尺寸和范围挑战的同时，行业和标准化机构检查这些技术的可行性变得很重要。这包括将其集成到我们的电信网络和未来几代消费电子产品中，可能会将重点从发展全球光纤基础设施转移到创建广泛的宽带无线 6G 网络。总的来说，太赫兹技术看起来像是一种很有前途的未来技术。

审核编辑 ：李倩