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太赫兹领域的研究及重点

2020-10-22 16:37:14 来源:

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[摘要]四、DARPA在太赫兹领域的研究太赫兹技术在发展早期就获得了美军关注,美国国防高级研究计划局(DARPA)在 21 世纪初就开展了有关太赫兹的研究项目。美国陆军、空军、海军也都资助

一、DARPA在太赫兹领域的研究 8Rz安检之家

太赫兹技术在发展早期就获得了美军关注,美国国防高级研究计划局(DARPA)在 21 世纪初就开展了有关太赫兹的研究项目。美国陆军、空军、海军也都资助了太赫兹技术研究。 8Rz安检之家

(一)DARPA 的太赫兹研究项目 8Rz安检之家

自 1999 年起,DARPA 就陆续安排了“太赫兹成像焦平面阵列技术”(TIFT,2003 年),亚毫米波焦平面成像技术(SWIFT,2004 年),高频集成真空电子学(HiFIVE,2007 年),太赫兹电子学(THz Electronics,2008 年),“具有压倒性能力的真空电子高功率放大器”(HAVOC,2016 年)等研究计划,以此发展太赫兹基础器件。 8Rz安检之家

此外,DARPA 还在 2012 年推出视频合成孔径雷达(ViSAR)计划,2014 年推出成像雷达先进扫描技术(ASTIR)计划,发展太赫兹雷达应用技术。 8Rz安检之家

在 2017 年 6 月 DARPA 微系统技术办公室启动的“电子复兴计划”中,面向大学的“联合大学微电子学计划”设立了 6 个研究中心,其中一中心为太赫兹与感知融合技术研究中心,主要研究射频到太赫兹通信、分布式计算、认知计算、先进集成电路架构等技术。 8Rz安检之家

(二)DARPA 在太赫兹领域的研究趋势 8Rz安检之家

通过梳理 2000—2020 财年 DARPA 的研发预算可以看出,目前 DARPA 在太赫兹领域的研究已经处于基本完成基础原理、基础器件探索,开始向应用基础技术发展阶段。 8Rz安检之家

从研究内容来看,DARPA 早期开展的太赫兹应用技术研究主要是为了摸清应用所需要的基础技术,而自 2004 财年开展的太赫兹电子学研究,曾历经两度改名,一直持续到 2015 财年,主要进行太赫兹源、探测器、成像原理等基础技术的探索。 8Rz安检之家

从研究成果来看,多个面向 太 赫 兹 器 件 的 项 目(SWIF、HiFIVE 等)基本完成了基础器件的研究,获得了较好的成果,目前,DARPA 在太赫兹器件领域的研究聚焦于大功率真空放大器。当前 DARPA 在太赫兹应用技术领域的研究还主要聚焦于概念验证、性能指标分析的阶段。整体上,DARPA 在太赫兹领域处于基本完成基础技术探索研究,开始再一次进入应用研究阶段,如 ASTIR 项目,见表 1。 8Rz安检之家

二、当前研究重点 8Rz安检之家

(一)高性能太赫兹源、探测器和相关器件 8Rz安检之家

从世界范围内的太赫兹领域研究成果来看,目前高性能太赫兹源、探测器和相关器件依然是重要研究方向,也是阻碍太赫兹技术广泛应用的最重要因素。目前,等离子体、石墨烯等新兴技术已经开始用于太赫兹领域,对提升器件性能有较大帮助。 8Rz安检之家

(二)太赫兹通信标准与演示系统 8Rz安检之家

随 着 5G 通信技术的快速发展,目前世界各国已经开始制定毫米波频段(50~60GHz)的无线通信技术标准、通信规则等,下一步很可能将频率进一步提升到太赫兹频段。日本宣称将在 2020 年东京奥运会时实现 100Gbit 太 赫兹高速通信;欧盟已将太赫兹通信列为了 6G 通信研究计划;国际电信联盟在 WRC-19 大会上设置议题 1.15,研究 0.275THz 频谱 需 求, 建 立 0.275~0.450THz频段范围内的传播模型,开展业务间电磁兼容分析, 确定候选频段等。2019 年,世界无线电通信大会(WRC-19)最终批准了 275~296GHz、306~313GHz、318~333GHz 和356~450GHz 频段共137GHz带宽资源,可无限制条件地用于固定和陆地移动业务应用。这是国际电联首次明确275GHz 以上太赫兹频段地面有源无线电业务应用可用频谱资源,并将有源业务的可用频谱资源上限提升到 450GHz。 8Rz安检之家

(三)太赫兹器件集成与制造技术 8Rz安检之家

现有太赫兹应用系统采用的各种器件体积庞大,是阻碍太赫兹应用发展的重要因素,因此太赫兹器件集成与制造技术成为研究热点。高度集成化的太赫兹系统可降低系统体积、质量、功耗,提高系统适用范围。而低成本、与传统CMOS 工艺兼容的制造技术,将使太赫兹器件的成本降低,进一步促进其广泛应用。

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