太赫茲通信
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
太赫茲通信的實例教程
半導體太赫茲通信芯片現狀和前瞻
如上所述，太赫茲通信芯片將成為6G的技術核心。太赫茲通信相關的芯片可以分為兩大類，一個是射頻芯片，而另一類是基帶芯片。
就射頻芯片而言，太赫茲首先需要能工作在高頻段（太赫茲頻段）而且帶寬很大的電路。為了滿足這個要求，目前用于長距離通信的太赫茲射頻芯片主要還是使用III-V族半導體HEMT和HBT晶體管實現射頻相關的工作。III-V族半導體的工作頻率高，工作帶寬大，且輸出功率較大，能滿足太赫茲頻段通信的主要需求。介于目前太赫茲通信的第一步還是基站間通信，我們認為太赫茲實現的射頻芯片將會成為未來幾年內太赫茲長距離通信芯片的首選半導體技術。
在III-V半導體之外，使用硅基材料的CMOS和SiGe的太赫茲通信技術也在蓬勃發展。相對于III-V族半導體來說，CMOS和SiGe芯片具有集成度高，成本低的優勢，因此獲得了學界和業界的一致關注。對于太赫茲來說，CMOS和SiGe的主要挑戰在于晶體管截止頻率較低，工作帶寬也較低。截止頻率地意味著CMOS和SiGe芯片雖然能工作在太赫茲頻段，但是其輸出功率會較低，也就是說難以實現長距離通信；帶寬低則意味著CMOS和SiGe芯片難以直接支持工作在大頻寬的太赫茲通信，而必須使用系統級的方法（例如將一個較大的頻段拆分成多個帶寬較小的子頻段）來實現通信。目前，CMOS和SiGe芯片在太赫茲通信上的應用還主要在于短距離通信（例如1米左右的范圍里）。展望未來，CMOS和SiGe對于太赫茲通信領域的研發還將主要在于電路級以及系統級的改進，目前來看半導體工藝的改善并不能提升CMOS/SiGe電路在太赫茲頻段的性能（例如CMOS對于太赫茲頻段來說65nm是最好的工藝節點之一）。
除了射頻之外，太赫茲通信領域另一個非常重要的芯片將是基帶芯片。
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航天制造中的電鑄技術（一）：液氫液氧火箭發動機推力室
毫米波/太赫茲器件
通常將頻率處于30~300 GHz的電磁波稱為毫米波，將頻率處于300 GHz至10 THz的波稱為太赫茲波。毫米波與太赫茲波技術在空間、航天等領域中具有獨特而顯著的應用。毫米波技術不僅應用于精確制導和導航，而且毫米波雷達得益于其較高的分辨率，可作為地基監測系統的補充，用于監測厘米級乃至毫米級的微小空間碎片。由于當前隱身飛行器的隱身效果主要針對厘米波，毫米波還具有優異的反隱身性能。
太赫茲技術在21世紀得到了飛速發展，在軍事領域天基監視雷達搭載的太赫茲設備穿透性強，可用于對地面的高分辨率成像；在天文領域，太赫茲波在宇宙空間中傳輸損耗較低，基于太赫茲技術的天文望遠鏡具有更低的噪聲背景，能接受到更豐富的信息。
展開 4.2 無人機與異構網絡間融合
為了滿足更廣域的無縫覆蓋，6G致力于實現“空天地?！钡娜S度通信，因此如何實現空域網的無人機與其他不同異構網絡間數據交互的高速率、低時延、海量連接便成為亟待解決的技術難題。不同網絡的傳輸協議、網絡架構均不同，數據的跨網絡傳輸需要進行緩存、轉發，這將會產生多余的處理步驟。因此，為了解決數據在不同類型網絡間的交互，需要重新設計各網絡架構以及數據分發協議并考慮它們之間的兼容性，在保證用戶數據準確性的同時實現低時延、高帶寬傳輸。
4.3 智能反射面及超大規模天線陣列與無人機的兼容性
智能反射面可以通過軟件定義主動調節入射信號來改變反射信號的相位和幅值，以達到對信道的重構來提高接收端信號功率的目標并同時抑制干擾。由于智能反射面是無源反射而不需要通過接收-放大/解碼-轉發的方式傳輸信號，與傳統中繼相比更加節能。但在實際部署中，由于智能反射面需要裝配在無人機表面，考慮到無人機的尺寸以及有限的續航載荷能力，需要有效限制智能反射面的尺寸與重量。此外，由于6G中采用超大規模天線陣列，即便采用太赫茲頻段將明顯減小單元尺寸，但天線陣列規模巨大，在設計中仍需將其體積納入考量范圍。
4.4 太赫茲相關技術及設備研發
太赫茲作為6G移動通信中備受關注的突破性技術之一，具有更寬的帶寬并可提供接近Tbit/s的傳輸速率。一方面由于其頻率較高波長較短，因此在波束賦形中具有更窄的主瓣寬度和更精確的傳輸方向以保證用戶信息安全。然而，無人機端受限于體積與續航能力，太赫茲波束的搜索與對準技術難以實現。另一方面，太赫茲頻率較高且易被分子吸收，因此太赫茲傳輸衰減增大，這也造成傳輸距離較短。此外，目前的半導體、金屬材料和光學元件還不能滿足太赫茲通信的性能，因此，未來還需要對適用于太赫茲頻段的材料進行大力研發。
展開 有效利用CNF，MXene和層狀孔，使氣凝膠在太赫茲（THz）范圍內具有異常高的雙折射性。
在0.4 THz時，雙折射值高達0.09-0.27，可與大多數商業THz雙折射材料（如液晶）相比較，后者易崩解，成本高且制備過程復雜。
不同MXene含量的經驗模
型以及與銀納米線或碳納米管嵌入的
CNF氣凝膠的實驗比較表明，嵌入的納米材料的固有電導率和含量，氣凝膠孔隙率和層狀細胞壁會影響光學性質，例如太赫茲雙折射和吸收。
生物聚合物氣凝膠中光學各向異性的確定為進一步探索超輕，獨立和低成本仿生多孔結構基于THz器件奠定了基礎。
【主圖導讀】
圖
1.
（a）由可再生生物質制備CNF的示意圖，以及（b）CNF的TEM圖像。（c）TEM（插圖顯示MXene水分散體）和（d）制備的MXene層的AFM圖像，在橫截面位置具有相應的高度輪廓插圖。（e）混合的CNF/MXene前驅體分散體和相應的凍干層狀多孔支架的冷凍過程，該層狀多孔支架具有大規模排列的層狀孔/細胞壁。（f）密度為20 mg/cm
3
的層狀多孔MXene/CNF氣凝膠和（g）相應的MXene嵌入的CNF雜化細胞壁（e，底部）的SEM圖
像。
（h）基于CNF的氣凝膠的XRD圖譜，（i）MXene/CNF含10 wt％MXene的氣凝膠在平行于且垂直于層狀細胞壁的方向上的典型壓縮曲線，以及（j）MXene中各種MXene含量的電導率/CNF氣凝膠和相應的MXene/CNF固體薄膜。
圖
2.
（a）用于提取光學特性的THz-TDS設置的示意圖。（b）參考和樣品的太赫茲電場。（c）使用傅里葉變換提取的參考和樣品的太赫茲光譜。（d）相對于細胞壁的兩個主要THz極化（電場）方向的示意圖φ= 0°和φ= 90°。
展開 新型石墨烯基太赫茲探測器（概念圖）
圖片來源：MIPT官網
據俄羅斯莫斯科物理技術學院（MIPT）官網近日報道，來自俄羅斯、英國、日本、意大利的科學家團隊，開發出了一種基于石墨烯的太赫茲探測器。新設備既可充當靈敏的探測器，也可作為工作頻率在太赫茲范圍的光譜儀使用。
太赫茲波是介于微波和紅外線之間的電磁波，具有穿透性強、安全性高、定向性好等優勢，有望用于醫療、宇宙探索等領域。但現有太赫茲探測器存在效率低下的問題，主要是因為太赫茲波與檢測元件（晶體管）之間尺寸不匹配。晶體管僅百萬分之一米，而太赫茲輻射的波長是其100倍，導致太赫茲波從探測器身邊溜走。
1996年，科學家提出了一個解決辦法：將入射波能量壓縮到與檢測器大小相當的體積內。為此，探測器材料需要支持特種“緊湊波”——所謂的等離激元。從理論上來說，在波的諧振下，這種探測器的效率會得到進一步提升。
但實現這種探測器比預期更難。原因在于：在大多數半導體材料中，由于電子與雜質的碰撞，等離激元會快速衰減。石墨烯被認為可解決問題，但其還不夠潔凈。
在最新研究中，科學家解決了這個問題。他們制造了一個光電探測器，由封裝在氮化硼晶體之間的雙層石墨烯組成，并與太赫茲天線發生耦合。在這個“三明治”結構中，雜質被逐出石墨烯薄片之外，使等離激元更自由地傳播。被金屬鉛束縛住的石墨烯片形成了一種等離激元諧振器，而石墨烯的雙層結構使波速可在一個寬范圍內調諧。
新設備實際上也是尺寸僅為幾微米的太赫茲光譜儀，可通過電壓調諧控制諧振頻率。此外，它還可用于基礎研究：在不同頻率與電子密度下測量探測器中的電流，展示出了等離激元的特性。
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太赫茲通信的最新內容
什么是波導？2個月前
波導的應用示例
波導（光學和非光學）的用途很多，包括：
光通信（電信）
光子集成電路（PIC）
光學傳感器
激光
干涉儀
雷達
微波和RF通信
印刷電路板（PCB）
光學電路
光發射器
太赫茲（THz）通信
增強現實（AR）與虛擬現實（VR）等混合現實系統使用的波導（稱為光波導）較大，與常規波導截然不同
為了滿足這個要求，目前用于長距離通信的太赫茲射頻芯片主要還是使用III-V族半導體HEMT和HBT晶體管實現射頻相關的工作。III-V族半導體的工作頻率高，工作帶寬大，且輸出功率較大，能滿足太赫茲頻段通信的主要需求。介于目前太赫茲通信的第一步還是基站間通信，我們認為太赫茲實現的射頻芯片將會成為未來幾年內太赫茲長距離通信芯片的首選半導體技術。
然后，對6G中應用于無人機通信的太赫茲、超大規模天線、內生人工智能、智能反射面(IRS)、智能邊緣計算、區塊鏈、通信感知一體化等潛在關鍵技術進行了探討。最后，對6G場景下無人機通信面臨的續航時間、網絡融合性、智能反射面兼容性、太赫茲通信研發以及用戶安全等方面的技術挑戰進行了展望。
摘 要 電鑄是基于電沉積原理的高精度形性一體化整體制造技術，在航天、航空、兵器、模具等領域有著重要應用。簡介了電鑄技術在液體火箭發動機推力室、毫米波/太赫茲器件、X射線望遠鏡反射鏡等航天關鍵零部件制造中的應用情況，分析了電鑄技術的本質特性和制造難題，展望了其應用前景。 航天制造匯聚了當前國內外制造技術的最新研究成果，是高精尖先進制造技術的代表。重大工程的不斷實施，可以大力提升中國航天裝備水平，但也
增大通信網絡的容量和提高通信速度的一種方法是開發太赫茲(Terahertz, THz)波段的光纖通信空間維度。太赫茲波是介于微波和紅外光之間的一種電磁波，頻率介于0.1THz到10THz之間，由于它帶寬大和傳輸速度快以及可以提供點對點的網絡拓撲結構而備受關注。
”
另外，去年11月，名為“電子科技大學號”全球首顆6G試驗衛星搭載長征六號運載火箭入軌，除了對地遙感觀測，還將開展太赫茲(THz)通信載荷的相關試驗。
在6G無線網絡中，太赫茲通信典型的應用場景包括室內通信，無線數據中心，安全通信場景(譬如軍用網絡)。但太赫茲是否會成為6G的關鍵技術還存在疑問。根據當前技術的現狀，仍然需要進一步解決一些關鍵挑戰，包括：太赫茲固態、超外差發射、太赫茲調制器、太赫茲信道模型、太赫茲信道估計、太赫茲波束成形和波束跟蹤，以及太赫茲信號產生、檢測、成本、制造等。
【科研摘要】
最近，
瑞士
Elena Mavrona
和
Gustav Nystr?m
教授團隊
在《
ACS
Nano
》上發表了題為
Terahertz Birefringent Biomimetic Aerogels Based on Cellulose Nanofibers and Conductive Nanomaterial
新型石墨烯基太赫茲探測器（概念圖）
圖片來源：MIPT官網
據俄羅斯莫斯科物理技術學院（MIPT）官網近日報道，來自俄羅斯、英國、日本、意大利的科學家團隊，開發出了一種基于石墨烯的太赫茲探測器。新設備既可充當靈敏的探測器，也可作為工作頻率在太赫茲范圍的光譜儀使用。
太赫茲波是介于微波和紅外線之間的電磁波
復合材料的電絕緣與抗電磁干擾性能
本方法工藝簡單、成本低廉，易于規?；耀@得的復合材料具有良好的導熱絕緣及抗電磁干擾性能，有望在大功率集成電路、5G通訊、高功率雷達、太赫茲通信設備等領域廣泛應用，滿足新一代裝備對電磁兼容與散熱的迫切需求，具有廣泛的應用前景。該研究工作得到了國家重點研究發展計劃，安徽省自然科學基金和安徽省環境友好型高分子材料重點實驗室的項目支持。
來源：中科院合肥分院
