構建太赫茲技術和6G流動通訊的輕巧系統

隨著第五代流動通訊技術（5G）逐步普及，支撐未來五至十年全面覆蓋的超高速網絡，第六代（6G）技術的研發亦已展開序幕。城大電機工程學系講座教授兼大赫茲及毫米波國家重點實驗室主任陳志豪教授領導的跨學科專家團隊，正致力推動太赫茲技術的發展，尤其在6G流動通訊、成像和光譜工具方面的應用。

太赫茲波是介乎於微波與紅外線間的電磁波，是一種應用層面廣泛的寬頻帶。譬如說，太赫茲技術已被用於檢測奶粉中的三聚氰胺、食品基質中的抗生素、蔬菜中的農藥和藥物中的異物等。

開發高效的太赫茲源

不過陳教授指出，太赫茲設備的體積龐大，成本昂貴，阻礙了有關技術的更廣泛應用。他領導一支由電子工程師、材料科學家、生物學家和化學家組成的團隊，正從事獲香港研究資助局主題研究計劃支持的項目，目標是利用集成電路和光電技術，開發大功率的太赫茲源，並探索太赫茲技術的不同應用。

陳教授解釋，太赫茲輻射源一般通過兩種方式產生：一）利用集成電路，將較低頻的微波上轉換為太赫茲輻射，再經天線發射；二）利用光電技術和材料科學，將較高的光學頻率下轉換為太赫茲輻射。可是，這兩種方法都面對同樣問題──太赫茲源的輸出功率相對較低。

為了提高這兩種方法的輻射效率，城大電機工程學系副教授黃衡博士正開發太赫茲頻段的高性能天線，而材料科學及工程學系何仲賢教授則與他的團隊嘗試合成高質量的半導體納米線，通過下轉換產生太赫茲源。何教授說：「這些納米線展現出塊體材料（bulk materials）所沒有的特性，在提高可見光轉換為太赫茲效率方面，亦表現出良好性能。」他還正合成高質量的單層石墨烯，以探索這種物料產生太赫茲輻射的潛力。

 

用於6G流動通訊的有源天線

陳教授說：「若能夠以體積較小的設備，並用較低成本開發太赫茲源，我們就可嘗試不同的應用。例如我們開發的天線，既可產生太赫茲，亦能用於6G流動通訊。」

 

早前，國際電訊聯盟（ITU）公佈了未來6G流動通訊的頻率範圍，正好與黃博士的研究範圍完全吻合，黃博士正研發介乎0.2 THz至0.5 THz之間的天線。全賴黃博士和大赫茲及毫米波國家重點實驗室團隊多年以來的基礎研究，他們現正開發採用功能材料的可編程天線，以實現波束成形技術。 

「透過採用功能材料，我們能調整所產生波頻的特性，及控制太赫茲波束的形成和方向，也就是說，我們可以根據需要，改變波束發射的方向。簡而言之，流動設備上的有源天線系統，使波束搜索和形成的技術變成可能，解決了接收不良的問題。這樣就可大大提高通訊質量，在超高速、大容量的6G流動通訊時代，需求將會相當龐大。」黃博士進一步解釋。

利用光譜和成像技術協助研發抗癌藥物
         
團隊還針對太赫茲在光譜和成像技術方面的應用進行研究，以解決與健康相關的問題。「不少研究指出，癌細胞和正常組織對太赫茲輻射的吸收是不同的。因此，我們希望找出如何將太赫茲應用於癌症研究。」化學系羅錦榮教授說。他同樣是大赫茲及毫米波國家重點實驗室跨學科團隊的成員之一。

羅教授特別集中研究太赫茲成像技術能否更準確地顯示體內組織癌變部位，以及藥物測試下腫瘤細胞的變化。他亦探索太赫茲能否成為光譜工具，追蹤組織裡的化合物，協助研發抗癌藥物，這項研究成功的話，將會成為熒光生物探針對組織染色的輔助方法。

「我們希望透過這個主題研究計劃項目，能整合不同學科專家的知識和材能，提高太赫茲系統的性能，並產生更多嶄新的研究思路，從而為社會帶來更大的益處。」陳教授補充說。

 

自行組建天線測量系統

針對不同的應用情況，對天線的性能表徵對探索太赫茲頻段的優勢，起關鍵作用。可是，大赫茲及毫米波國家重點實驗室的團隊發現，市場上沒有適合較高頻的毫米波和太赫茲波的天線測量設備，未能滿足他們的科研需要。「我們於是購買組件，自行組建能應用於毫米波和太赫茲波研究的高分辨率天線測量系統，以支持學術界和工業界的研發工作。」黃博士說。該研究項目獲香港研究資助局的協作研究金支持，由黃博士擔任項目負責人。

大赫茲及毫米波國家重點實驗室將與香港大學一支團隊合作，共同組建世界級的天線測量設施，借助機械臂進行近場和遠場輻射測量。黃博士說︰「我們希望這台新設施能將高頻電子開發推向更高水平，並促進與華南地區內其他研究機構進行更多合作，城大會繼續發揮領導作用，為香港作為國際創新中心的角色作出貢獻。」

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