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    随着第六代 (6G) 无线技术的出现，无线通信的未来将实现巨大飞跃。香港城市大学的一个研究团队发明了一种突破性的可调谐太赫兹（THz）元器件，可以控制太赫兹光束的辐射方向和覆盖区域。

    通过旋转其超表面，该设备可以迅速将6G信号定向到指定的接收者，从而最大限度地减少漏电并增强隐私。它有望为未来的 6G 通信系统提供高度可调、定向和安全的手段。

    太赫兹波段技术潜力无限，拥有丰富的频谱资源，可支持100Gbps（吉比特每秒）乃至Tbps（太比特每秒）级别的无线通信超高速数据速率，即数百至数千比 5G 传输数据速率快 1 倍。

    然而，传统的太赫兹系统使用笨重的介电透镜和反射器，它们只能将波引导到固定的发射器或检测器，或者将它们传输到位于固定位置或覆盖有限区域的单个接收器。这阻碍了未来需要精确定位和集中信号强度的6G应用的发展。

    现有笨重系统阻碍6G应用

    由城大电机工程学系讲座教授蔡鼎平教授和太赫兹与毫米波国家重点实验室主任陈志豪教授带领的两个研究团队共同努力（ SKLTMW)，最近开发了一种新颖的可调谐元设备，可以完全控制 THz 光束的传播方向和覆盖区域，以克服这些挑战。

理论模拟与实验演示之间

    “可调太赫兹元器件的出现为 6G 通信系统带来了令人兴奋的前景，”超表面和光子学领域的专家蔡教授说。“我们的元设备允许将信号传递给特定的用户或检测器，并且可以根据需要灵活地调整传播方向。”

    “我们的研究结果为先进的太赫兹通信系统提供了一系列好处，包括安全性、灵活性、高方向性和信号集中度，”专门从事太赫兹技术研究的陈教授补充道。

    具有数千个微型天线的旋转超表面

    元设备由两个或三个旋转超表面（具有亚波长厚度的人造薄片材料）组成，它们作为有效的投影仪在二维平面或三维平面上控制太赫兹光束的焦点空间。每个超表面直径为 30 毫米，大约有 11,000 个微型天线，尺寸仅为 0.25 毫米 x 0.25 毫米，并且彼此不同。

    “元器件成功的秘诀在于每个微型天线的精心计算和设计，”蔡教授说。通过简单地旋转超表面而不需要额外的空间，THz 光束焦点可以相应地调整并定向到目的地的指定 X、Y 和 Z 坐标。

    借助SKLTMW中高精度和先进的设备，研究团队进行了实验并验证了他们开发的两种变焦元器件——双重元器件和三重元元器件——可以将太赫兹波的聚焦点投射到任意点分别在 2D 平面和 3D 空间中具有高精度。

变焦元设备示意图

    这种创新设计展示了元设备将 6G 信号定向到二维和三维空间中特定位置的能力。

    由于只有特定位置的用户或检测器才能接收到信号，并且高度集中的信号可以灵活地切换到其他用户或检测器，而不会浪费附近接收器的功率或损害隐私，因此元设备可以提高方向性、安全性和灵活性在未来的 6G 通信中具有更低的能耗。

    易于以低成本扩大生产

    超表面由高温树脂和团队开发的 3D 打印方法制成。它们重量轻、体积小，可以很容易地以低成本大规模生产用于实际应用。

    新型太赫兹可调谐元器件有望在 6G通信系统中具有巨大的应用潜力，包括无线电力传输、变焦成像和遥感。研究团队计划设计更多基于太赫兹变焦成像的元设备应用。

    研究结果发表在《科学进展》杂志上。