近日，《Small》（IF13.3）期刊发表了我院石嘉副教授（第一作者）在太赫兹波方面的研究成果：《All-Dielectric Integrated Meta-Antenna Operating in 6G Terahertz Communication Window》（2024,2308958, doi: 10.1002/smll.202308958）。

　　在电子学和光子学领域，太赫兹波（0.1-10THz）的研究正受到高度关注，其在天文学、医学、雷达、通讯、传感等领域展现出巨大的应用潜力。特别是在6G无线通信和感知应用中，太赫兹技术被认为是未来无线通信系统的关键技术。目前，面向高分辨6G太赫兹空间感知与通信应用的高效率天线设计是研究的主要难点之一。

　　石嘉副教授的论文设计了一种非对称散射模式衍射光栅超构器件，通过阵列超构光栅调控自由空间衍射场分布，实现了太赫兹波的角度偏转和能量分配。所设计的超构光栅在0.14 THz中心频率下，能够将入射能量高效聚集于特定衍射阶次，并抑制其他衍射阶次能量。器件制备采用常见的商用光敏树脂作为介电材料，该材料在6G太赫兹通信窗口具有较低的损耗。如图1所示，数值模拟表明，该超构光栅阵列在0.10至0.18 THz范围内具有优异的调控效率。

图1 超构光栅阵列的原理和调控特性

　　基于多尺度超构光栅阵列，论文还提出了空间约束下一体化6G太赫兹超构天线设计方法，实现了超衍射极限空间探测感知。该超构天线集成了波导接口、扩束组、喇叭天线和超表面透镜。其中，超表面透镜由多层超构光栅阵列构成，通过多维参数优化，操控效率高达84.1%，衍射效率高达48.1%，超构天线的整体仿真设计如图2H所示。

图2 超构天线的设计与优化

　　如图3所示，为了验证超构天线的性能，采用光固化3D打印技术制造了该器件并进行了实验表征。如图4所示，实验结果表明，所设计的超构天线能够实现亚波长尺度超长焦深（～25.3λ）超衍射极限波束聚焦（～0.86λ）。

图3 超构天线的制备

图4 超构天线波束聚焦特性

　　为了展示超构天线的6G太赫兹应用前景，论文还构建了一个以无线通信为基础、以成像为中心的成像通信一体化系统模型，并进行了功能验证。如图5所示，该模型中采用OOK调制太赫兹信号，通过对传统PCB板的非侵入式检测实验，证明了系统的透反射两种信号均能够清晰分辨亚波长尺度的PCB板电路传输线和空间结构，同时实现了成像通信一体化。

图5 超构天线的成像通讯一体化验证

　　本研究提出了一种新的技术路线实现了高效率一体化6G太赫兹超构天线的设计、优化和制造，为高分辨6G太赫兹空间感知和通信提供了重要候选技术。器件制备采用低成本商业可获得的光固化3D打印材料和工艺，实现了全流程自主可控，为6G太赫兹器件的研究提供了新的可能性。

　　（审稿：电子与信息工程学院 牛萍娟 编辑：党委宣传部 胡敏）

　　图片来源：电子与信息工程学院