构建太赫兹技术和6G移动通讯的轻巧系统

随着第五代移动通讯技术（5G）逐步普及，支撑未来五至十年全面覆盖的超高速网络，第六代（6G）技术的研发亦已展开序幕。城大电机工程学系讲座教授兼大赫兹及毫米波国家重点实验室主任陈志豪教授领导的跨学科专家团队，正致力推动太赫兹技术的发展，尤其在6G移动通讯、成像和光谱工具方面的应用。

太赫兹波是介乎于微波与红外线间的电磁波，是一种应用层面广泛的宽频带。譬如说，太赫兹技术已被用于检测奶粉中的三聚氰胺、食品基质中的抗生素、蔬菜中的农药和药物中的异物等。

开发高效的太赫兹源

不过陈教授指出，太赫兹设备的体积庞大，成本昂贵，阻碍了有关技术的更广泛应用。他领导一支由电子工程师、材料科学家、生物学家和化学家组成的团队，正从事获香港研究资助局主题研究计划支持的项目，目标是利用集成电路和光电技术，开发大功率的太赫兹源，并探索太赫兹技术的不同应用。

陈教授解释，太赫兹辐射源一般通过两种方式产生：一）利用集成电路，将较低频的微波上转换为太赫兹辐射，再经天线发射；二）利用光电技术和材料科学，将较高的光学频率下转换为太赫兹辐射。可是，这两种方法都面对同样问题──太赫兹源的输出功率相对较低。

为了提高这两种方法的辐射效率，城大电机工程学系副教授黄衡博士正开发太赫兹频段的高性能天线，而材料科学及工程学系何仲贤教授则与他的团队尝试合成高质量的半导体纳米线，通过下转换产生太赫兹源。何教授说："这些纳米线展现出块体材料（bulk materials）所没有的特性，在提高可见光转换为太赫兹效率方面，亦表现出良好性能。" 他还正合成高质量的单层石墨烯，以探索这种物料产生太赫兹辐射的潜力。

 

用于6G移动通讯的有源天线

陈教授说：”若能够以体积较小的设备，并用较低成本开发太赫兹源，我们就可尝试不同的应用。例如我们开发的天线，既可产生太赫兹，亦能用于6G移动通讯。”

 

早前，国际电讯联盟（ITU）公布了未来6G移动通讯的频率范围，正好与黄博士的研究范围完全吻合，黄博士正研发介乎0.2 THz至 0.5 THz之间的天线。全赖黄博士和大赫兹及毫米波国家重点实验室团队多年以来的基础研究，他们现正开发采用功能材料的可编程天线，以实现波束成形技术。 

“透过采用功能材料，我们能调整所产生波频的特性，及控制太赫兹波束的形成和方向，也就是说，我们可以根据需要，改变波束发射的方向。简而言之，移动设备上的有源天线系统，使波束搜索和形成的技术变成可能，解决了接收不良的问题。这样就可大大提高通讯质量，在超高速、大容量的6G移动通讯时代，需求将会相当庞大。” 黄博士进一步解释。

利用光谱和成像技术协助研发抗癌药物
         
团队还针对太赫兹在光谱和成像技术方面的应用进行研究，以解决与健康相关的问题。”不少研究指出，癌细胞和正常组织对太赫兹辐射的吸收是不同的。因此，我们希望找出如何将太赫兹应用于癌症研究。” 化学系罗锦荣教授说。他同样是大赫兹及毫米波国家重点实验室跨学科团队的成员之一。

罗教授特别集中研究太赫兹成像技术能否更准确地显示体内组织癌变部位，以及药物测试下肿瘤细胞的变化。他亦探索太赫兹能否成为光谱工具，追踪组织里的化合物，协助研发抗癌药物，这项研究成功的话，将会成为荧光生物探针对组织染色的辅助方法。

“我们希望透过这个主题研究计划项目，能整合不同学科专家的知识和材能，提高太赫兹系统的性能，并产生更多崭新的研究思路，从而为社会带来更大的益处。” 陈教授补充说。  

 

自行组建天线测量系统

针对不同的应用情况，对天线的性能表征对探索太赫兹频段的优势，起关键作用。可是，大赫兹及毫米波国家重点实验室的团队发现，市场上没有适合较高频的毫米波和太赫兹波的天线测量设备，未能满足他们的科研需要。”我们于是购买组件，自行组建能应用于毫米波和太赫兹波研究的高分辨率天线测量系统，以支持学术界和工业界的研发工作。” 黄博士说。该研究项目获香港研究资助局的协作研究金支持，由黄博士担任项目负责人。

大赫兹及毫米波国家重点实验室将与香港大学一支团队合作，共同组建世界级的天线测量设施，借助机械臂进行近场和远场辐射测量。黄博士说︰”我们希望这台新设施能将高频电子开发推向更高水平，并促进与华南地区内其他研究机构进行更多合作，城大会继续发挥领导作用，为香港作为国际创新中心的角色作出贡献。”

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