太赫茲通信的案例
6G帶來的芯片機會
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。
展開 航天制造中的電鑄技術：毫米波/太赫茲器件
繼上期閱讀：
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 面向6G的無人機通信綜述
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“空天地海”的全維度通信，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 《ACS Nano》基于纖維素納米纖維的太赫茲雙折射的導電仿生氣凝膠
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 
“三合一”石墨烯基太赫茲探測器問世 該設備可用于醫療研究與宇宙探索
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。
展開 微納級3D打印：中國計量大學嚴德賢課題組《Results in Physics》，基于太赫茲波段的負曲率軌道角動量光纖
隨著通信技術的快速發展，近些年的通信容量實現了快速增長，傳統的光纖通信網絡已經難以滿足當前高速通信的需求。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。而在空間維度資源中，基于軌道角動量（Orbital Angular Momentum，OAM）的模分復用技術由于攜帶不同拓樸荷數的相互正交的軌道角動量模式成為擴大通信容量的一種非常有潛力的方案。軌道角動量具有全新的電磁波自由度特性，具有軌道角動量特性的電磁波可以在常用的信息傳輸方式，如波分復用（Wave Division Multiplexing，WDM）、偏振復用（Polarization Multiplexin，PM）、時分復用（Time Division Multiplexing，TDM）等信息傳輸方式上成倍的提高信息傳輸容量。
近日，中國計量大學嚴德賢課題組提出了基于太赫茲波段的負曲率軌道角動量光纖。該光纖以重慶摩方精密科技有限公司提供的HTL聚合物材料（耐高溫樹脂）為基底，采用兩層傾斜橢圓管的結構設計，通過引入環芯區域在0.4-0.8THz波段成功產生50-52個OAM模式，且在所研究的波段內獲得了高模式純度、低限制損耗和低波導色散等傳輸特性，相關研究成果以“Design of negative curvature fiber carrying multiorbital angular momentum modes forterahertz wave transmission”為題發表在《Results in Physics》。
展開 中科院合肥分院在電磁屏蔽且導熱的先進電子封裝材料研究方面取得新進展
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，易于規模化，且獲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
阿里巴巴宣布研制出全球最強量子電路模擬器“太章” 通信開銷少告別超級計算機
5月8日，阿里巴巴量子實驗室施堯耘團隊宣布于近日成功研制當前世界最強的量子電路模擬器，名為“太章”。 基于阿里巴巴集團計算平臺在線集群的超強算力，“太章”在世界上率先成功模擬了81（9x9）比特40層的作為基準的谷歌隨機量子電路，之前達到這個層數的模擬器只能處理49比特。
同時，本次模擬任務只動用了阿里巴巴計算平臺在線集群14%的計算資源。“太章”的創新算法通信開銷極小，得以充分發揮平臺在線集群的優勢，在過去超級計算機上做不了的模擬任務，比如64（8x8）比特40層的模擬，“太章”只需2分鐘即可完成。
*阿里巴巴“太章”模擬器與目前主要模擬器模擬谷歌隨機電路的結果比較
量子計算可能顛覆當前的計算技術，是科學界和工業界研究的前沿熱點。但量子計算的實現十分困難。目前，已經實現的高精度量子處理器也只有20幾個量子比特。故而規模稍大的量子算法尚無運行的載體。
模擬器的作用在于“承上啟下”，往下可以幫助理解、設計硬件，向上可以承載算法和應用的探索和驗證。“太章”首次使得測試和驗證被稱為“中等規模”50-200比特的的量子算法成為可能, 從而為輔助設計中等規模量子算法、量子軟件乃至量子芯片提供了一個有力的工具。
在通常的量子電路模擬方案中，需要存儲量子狀態的全部振幅，在此海量數據上同時模擬量子運算。這個方法要求不斷地在眾多的計算節點間交換數據，造成巨大的通訊開銷。因此，過去這樣的模擬任務往往都在超級計算機上進行。
實驗室團隊基于施堯耘教授及其合作者Igor Markov在2005年提出的另一種模擬方案，發明了一個簡單而有效的方法分解整個模擬任務，然后十分均衡地把這些子任務分配到不同計算節點上。“太章”的通信開銷極小，這個優點使之十分適合分布式的計算平臺。
展開 新方法：采用“鉀”提升新一代鈣鈦礦太陽能電池性能！
鈣鈦礦材料的應用前景非常廣，例如光通信、數據存儲、太赫茲通信、太陽能電池領域。目前，備受關注和追捧的要屬鈣鈦礦太陽能電池。鈣鈦礦太陽能電池投入市場以及大規模應用指日可待，并有望引領未來太陽能電池市場的新走向。
韓國蔚山國立科技研究所（UNIST）發明的鈣鈦礦太陽能電池
（圖片來源：UNIST）
阿卜杜拉國王科技大學（KAUST）采用鈣鈦礦納米晶體進行照明和數據通信
（圖片來源：KAUST）
瑞士洛桑聯邦理工學院采用鈣鈦礦材料進行數據存儲
（圖片來源：László Forró/瑞士洛桑聯邦理工學院 ）
雖然鈣鈦礦的發展潛力巨大，但是仍有一些因素阻礙了其效率和一致性。鈣鈦礦晶體結構中的小缺陷，也稱為“陷阱（traps）”，將引起電子在其能量能被利用之前產生“遲滯效應”。電子在太陽能電池材料中運動得越方便，材料將光子（光的粒子）轉化電力的效率就會越高。另外一個問題，就是在遭到光線照射時，離子會在太陽能電池中移動，從而引起能帶隙（bandgap）的變化，即材料吸收的光線顏色會發生變化。
創新
近日，英國劍橋大學（University of Cambridge ）領導的國際科研團隊發現，碘化鉀的加入可以修復缺陷，阻止離子運動，提升低成本鈣鈦礦太陽能電池的效率。這種新一代的太陽能電池可以作為效率提升層，放置于現有的硅基太陽能電池頂部，或者制作成單獨的太陽能電池或者彩色LED。研究結果發表于《自然（Nature）》雜志。
鈣鈦礦晶體生成的原子尺度圖像
（圖片來源：Matt Klug）
技術
這項研究中用到的太陽能電池是基于金屬鹵化物鈣鈦礦，它們是一組很有前途的離子半導體材料，只有短短幾年的開發歷史，但是現在從光電轉換效率方面來說，它們可與商用的薄膜光伏技術相媲美。
展開 智芯研報 | 6G：天地無疆，萬物無界
6G網絡意在現有5G網絡規模之上再融合衛星通信網絡，無人機通信網絡，海洋機器類通信網絡構建一個如圖8所示的空天地海一體化網絡，實現6G網絡的全覆蓋。
圖8. 空天地海一體化網絡的控制架構
圖源：Science China Information Sciences
圖譯：撰稿人 Cyan
作為一個分層的異構體結構，在空天地海一體化網絡中，多維異構資源的動態協作對于數據傳輸、處理、感知和緩存的效率是至關重要的。在各種網絡的進一步融合過程中，還存在許多挑戰和機遇需要進一步研究，包括：
移動性管理
傳輸網協議
路由策略
能量效率
2. 全頻譜
為緩解頻譜這一寶貴資源的稀缺性，6G標準提出全頻譜的概念，即Sub-6 GHz、毫米波、太赫茲以及光頻段的全頻譜資源的充分挖掘。現階段，sub-6 GHz和毫米波頻段已進行了廣泛研究，但太赫茲和光頻段的無線信道傳輸特性仍需要進一步研究。
傳統上，將26.5-300 GHz頻段定義為毫米波頻段，將300-10000 GHz定義為太赫茲頻段。但是，近年來，已普遍接受將100-10000 GHz（或0.1-10 THz）定義為太赫茲頻段。隨著無線通信中流量的爆炸式增長，太赫茲頻段被認為是為6G提供大帶寬和充足頻譜資源的有希望的候選頻段。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。
展開 消息稱華為本月將發射兩顆衛星 搶占6G研發先機
”
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。
關于6G，技術路線尚在研究準備中，猜測網速會是5G的50倍，同時延遲低至1/10，三星已經基于THz在over-the-air測試中演示了所謂首個6G原型系統，6G預計2028~203年投入商用。
掃碼入群
掃碼添加管理員微信
加入“電子產品世界”粉絲交流群
↓↓↓↓點擊
閱讀原文
，查看
更多新聞
邀請您參加2016微波及天線技術論壇【南京】
IME微波及天線技術會是針對RF、微波技術、天線技術、微波毫米波集成電路、太赫茲技術、無線通信技術和電磁場理論的技術會議和展覽，匯集了中國創新前沿和領先科技公司的工程師。
作為高頻和天線仿真行業的領導者ANSYS公司受主辦方邀請在此次展會上同期舉辦2016 微波及天線仿真技術論壇。來自高頻和天線行業的仿真專家給大家分享電大尺寸問題與系統級電磁兼容仿真、高集成度射頻電路與系統全方位仿真；天線設計與仿真專題：天線仿真流程與新功能詳解，特定天線問題仿真思路與案例（包含但不局限于可穿戴設備天線；反射面天線；大規模陣列天線； 復雜天線罩； 天饋系統一體化；平臺天線布局；天線（陣）RCS；天線多物理場）
和我們一起探討微波和天線行業仿真最新動態，最全面的解決方案，提前報名可以現場領取精美禮品一份。報名方式見文章末尾。
展開 什么是波導？
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
光通信
光通信是最大的商業應用領域之一，其使用介電波導將光從一個位置引導至另一個位置，以在系統間傳輸信息。單模光纖用于長距離通信，而多模光纖則用于短距離通信。
半導體激光產生光脈沖，將編碼信息傳輸至光纖。信息被編碼到光信號上，要么是通過調制激光器的驅動電流，要么使用與激光器分離的外部調制器。光波隨后沿光纖傳播，直至波導接收器（包含一個光電二極管和一個跨阻放大器）接收為止。這些接收器將光纖的高頻光信號處理為電信號，以實現數據傳輸。
光學波導的材料屬性非常重要。除了適當的折射率外，材料的吸收特性也很重要，因為過高的光吸收會導致信號損耗。因此，波導是透明的，由玻璃或透明塑料制成。不透明的包層材料會吸收過多的光，并會導致光纖內發生過度衰減。
雖然大多數光通信（如電信）都使用波導，但并非所有光通信技術都需要波導。自由空間光（FSO）通信就是一個重要示例，它在空氣（即自由空間）中傳播光信號，以在發射器和接收器之間傳輸數據。
光子集成電路
此外，光學波導還可在光子集成電路（PIC）中用作電路的“導線”，它們相當于電子集成電路（IC）中的常規導線，但其傳輸信號的方式是光，而非電子。波導可用于連接光子集成電路（PIC）上的不同組件。
PIC通常使用透鏡等組件與光纖耦合，以改變光的聚焦，因為光纖的模場尺寸比PIC大得多。
展開 