新型太赫茲超構器件 促進第六代通訊發展

 

香港城市大學（城大）成功研發出新型可調的太赫茲超構器件，可將訊號傳送至特定接收器。

這種使用先進三維打印技術製造的超構器件如廣泛應用，將有助節能及提升信息傳遞的保密性，對促進第六代通訊、無線電力傳輸及遙距感應系統的發展有莫大裨益。此外，此超構器件的製作成本低，極有潛力成為第六代通訊的工業級組件。

負責領導這次研究的城大團隊包括署理學務副校長、電機工程學系講座教授兼太赫茲及毫米波國家重點實驗室主任陳志豪教授、電機工程學系講座教授蔡定平教授、電機工程學系助理教授陳沐谷博士、太赫茲及毫米波國家重點實驗室博士後研究員吳耿波博士以及該系博士研究生張景程。

團隊的研究展示通過可旋轉的超構表面技術來滿足第六代通訊的需求，達成全面控制太赫茲波束的輻射方向和覆蓋範圍。

團隊所研發的超構表面直徑為30毫米、由逾15,000個以三維打印技術製成的微小人造超構天線組成，能控制太赫茲波束投射至二維平面甚至三維空間的某個特定點，只有身處該位置的用家才能接收到有關訊號。

蔡教授說：「這種任意操控太赫茲波束，讓訊號得以傳遞到特定接收器的技術，能避免訊號發射至附近其他接收器而浪費電源，亦提升信息隱密性，為先進通訊系統發展帶來莫大裨益，包括提升安全、靈活度和訊號集中度。」

 

為了控制超構器件對準二維平面及三維空間，找出每個特定方位的準確位置，須進行大量精準的計算工作來設計這個超構器件。

張景程說：「這是研究中最具挑戰性的部分。我們為製作可變焦的超構器件，結合及旋轉多種相位分佈，包括超構天線的形貌尺寸、傾斜度及對焦相位，並在兩至三個超構表面內執行各種不同的投射。」

為驗證相關概念，團隊採用了兩組不同的變焦超構器件隨意操控其波前及焦點。雙體式的超構器件用以操控艾里光束在二維平面對焦，而三體式超構器件則用作操控三維空間的高斯聚焦點。上述超構器件的設計已在太赫茲及毫米波國家重點實驗室中進行測試並通過驗證。

這項研究成果已在知名學術期刊《Science Advances》上發表，題為「A 6G meta-device for 3D varifocal」（用於三維空間變焦的第六代超構器件）。

論文的通訊作者為蔡教授及陳教授，共同第一作者為張景程、吳博士及陳博士。研究計劃獲大學教育資助委員會轄下研究資助局、深圳市科技創新委員會及廣東省科學技術廳資助。