來源：phys.org；電子科技大學(xué)太赫茲研究中心 四川太赫茲應(yīng)用研究聯(lián)合課題組 操岳衡 編譯

這種硅鍺芯片將一個數(shù)字觸發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€頻率范圍超過1 THz的5皮秒的太赫茲輻射脈沖。該芯片支持重復(fù)率高達(dá)10GHz，提供光束轉(zhuǎn)向能力，包含一個小的可以以300飛秒分辨率獨(dú)立編程的陣列天線的發(fā)射器。來自：Jeff Fitlow /Rice大學(xué)

萊斯（Rice）大學(xué)的無線研究人員借鑒了無線電發(fā)明家Guglielmo Marconi制造了第一個能夠傳輸每秒1 terabit數(shù)據(jù)的無激光無線系統(tǒng)。這樣的速度是當(dāng)今頂級的4G無線網(wǎng)絡(luò)速度的20000倍，是美國最快的家庭互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)速度的20倍。一個1 terabit/s信號可以同時觀看200000部高清電影。

Rice大學(xué)電氣與計算機(jī)工程系教授兼主任Edward Knightly說，“無線電打破太比特每秒傳播速度這個瓶頸將使無線應(yīng)用和通信進(jìn)入一套全新的模式。”他是美國國家科學(xué)基金會（NSF）支持的為期三年的130萬美元用于開發(fā)太比特?zé)o線技術(shù)項目的首席研究員。

2016 Cisco公司的研究發(fā)現(xiàn)，全球移動數(shù)據(jù)流量到2015年增長了74%，2015年12月已經(jīng)增長到每月3.7億字節(jié)（幾乎3000萬比特），所以這種傳播速度被迫切的需要。該報告發(fā)現(xiàn)，智能手機(jī)數(shù)據(jù)使用量在2015年增長了43%，每月平均用戶消費(fèi)929 MB。這種增長很大程度上是由于大家越來越喜歡在移動終端上觀看視頻。Cisco公司發(fā)現(xiàn)2015年視頻流量占所有移動數(shù)據(jù)流量的55%。

這種硅鍺芯片將一個數(shù)字觸發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€頻率范圍超過1 THz的5皮秒的太赫茲輻射脈沖。該芯片支持重復(fù)率高達(dá)10GHz，提供光束轉(zhuǎn)向能力，包含一個小的，可以以300飛秒分辨率獨(dú)立編程的陣列天線的發(fā)射器。來自：Jeff Fitlow /Rice大學(xué)

這一需求水平使美國國家科學(xué)基金會在過去五年里對無線電頻譜研究投資超過6000萬美元。美國國家科學(xué)基金會今天宣布資助Rice大學(xué)研究的是一個價值1100萬美元的新一輪投資。

Knightly和首席研究員Aydin Babakhani計劃用無線電脈沖技術(shù)去打破1 terabit/s這個瓶頸。這代表了無線公司幾十年來一直依賴的載波調(diào)制技術(shù)將被打破。Rice大學(xué)的電氣和計算機(jī)工程助理教授Babakhani說，脈沖技術(shù)可能是唯一一種在單一信道內(nèi)支持1terabit/s 左右數(shù)據(jù)速率的無激光無線技術(shù)，但他的團(tuán)隊必須清楚想要論證每秒能夠發(fā)送和接收1萬億高頻無線電脈沖信號仍然有很多困難。

Babakhani說，“脈沖技術(shù)并不是新的技術(shù)，Marconi上世紀(jì)90年代第一次將它展示出來。他用一個天線連接到一個大的電容器。通過充電，使得能量增加，直到電壓差電離出空氣間隙，然后所有的能量立即被傳送到天線上。這是第一個基于脈沖的通信網(wǎng)絡(luò)。他用它來表明可以傳輸很長的距離，這是低頻率的。

Rice大學(xué)工程研究人員Aydin Babakhani（左）和Edward Knightly從無線電發(fā)明家Guglielmo Marconi那里獲得靈感創(chuàng)建了第一個無激光無線系統(tǒng)，系統(tǒng)每秒能傳輸1 terabit的數(shù)據(jù)。來自：Jeff Fitlow /Rice大學(xué)

“我們的脈沖系統(tǒng)受Marconi的發(fā)明的啟發(fā)，我們用一個片上天線通過一個高速雙極型晶體管，而不是像Marconi 讓能量通過空氣間隙傳輸?shù)竭@個大的電容器里。“他說。”我們將磁能量儲存在片上，然后使用一個簡單的數(shù)字觸發(fā)器去釋放它。一旦釋放，它會變成一個皮秒脈沖輻射出去。沒有振蕩器：它是直接從數(shù)字到脈沖的輻射，與基于脈沖系統(tǒng)的激光不同，它只能發(fā)送甚至更短的脈沖，而我們可以非常快的發(fā)送許多脈沖，這些脈沖會轉(zhuǎn)變成一個高的脈沖重復(fù)頻率，這對于實(shí)現(xiàn)我們的數(shù)據(jù)傳輸目標(biāo)至關(guān)重要。

Babakhani的實(shí)驗室在今年早些時候創(chuàng)下了一項世界紀(jì)錄，他們發(fā)射了最短的1.9皮秒的無線電脈沖，將開發(fā)和制造一個餐盤大小的發(fā)射機(jī)，可在高頻率范圍從100 GHz到幾個THz發(fā)送甚至更短的脈沖。發(fā)射機(jī)實(shí)際上包含約10000個單獨(dú)的天線，每一個都是一個單獨(dú)的芯片，能夠單獨(dú)發(fā)送皮秒無線電脈沖。Babakhani說，天線的數(shù)目將增加信號強(qiáng)度，該技術(shù)有可能使發(fā)射距離達(dá)到1/4英里。此外，天線陣列能夠讓我們精確地控制信號。

“調(diào)制的，基于頻率的通信技術(shù)在較低頻率的無線電波已經(jīng)做得很完美了，我們在過去的半個世紀(jì)里一直使用著，但在頻率高于100兆赫的時候一切都變了，”Knightly說。“我們把這些信號移動到一個有效可控的體系里面，而不是讓它們反彈并分散在環(huán)境中。好處是我們要將所有的帶寬跟信息去直接沖擊一個設(shè)備，就像一個尖銳的激光的中心一樣，沒有人能夠攔截該信號，因為任何線下的接收器根本檢測不到它。所以，我們聚焦的點(diǎn)像是一束激光，但我們使用的是無線電。面臨的挑戰(zhàn)是需要控制光束到正確的時間在正確的地方，發(fā)射到用戶移動的位置。”