科学家开发节能、可调谐的元器件，用于高精度、安全的6G通信

顶部的两个元设备用于 2D 操作，左下角的一个用于测试，右下角的元设备是来自三元组元设备的超表面

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的飞跃。香港城市大学（城大）的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，该设备可以立即将6G信号仅定向到指定的接收器，从而最大限度地减少电源泄漏并增强隐私。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。

太赫兹频段技术的潜力是无限的，因为它拥有丰富的频谱资源，可以支持100 Gbps（每秒千兆位）甚至Tbps（太比特每秒）级的无线通信超高速数据速率，比5G传输数据速率快数百到数千倍。

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探测器，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6G应用的发展，需要精确的定位和集中的信号强度。

在由电机工程学系讲座教授Tsai Din-Ping和署理教务长兼太赫兹及毫米波国家重点实验室主任Professor Chan Chi-hou领导的两个研究团队的共同努力下，我们最近开发出一种新型可调谐的元器件，可以完全控制太赫兹波束的传播方向和覆盖区域，以克服这些挑战。

用于变焦太赫兹光束生成的meta器件的理论模拟与实验演示之间的比较，显示了meta器件的高性能

“可调谐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Professor Chan Chi-hou说。“我们的元设备允许将信号传递给特定用户或探测器，并可以根据需要灵活调整传播方向。

“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Professor Chan补充道。

超器件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，它们可用作高效的投影仪，以在二维平面或三维空间中引导太赫兹光束的焦点。每个超表面直径为30毫米，有大约11，000个微天线，其尺寸仅为0.25mm x 0.25mm，彼此不同。

“元器件成功的秘诀在于每个微天线的精心计算和设计，”Professor Tsai说。通过简单地旋转超表面而无需额外的空间要求，可以相应地调整太赫兹光束焦点并指向目的地的指定 X、Y 和 Z 坐标。

利用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——双联和三联元器件——可以分别将太赫兹波的聚焦点投射到二维平面和三维空间的任意点上，精度很高。

变焦元器件示意图：双联（左）和三联（右）元器件

这种创新设计展示了元设备将6G信号引导到二维和三维空间中的特定位置的能力。

由于只有特定位置的用户或探测器才能接收信号，并且高度集中的信号可以灵活地切换到其他用户或探测器，而不会浪费附近的接收器的功率或损害隐私，因此元设备可以在未来的6G通信中以更低的能耗提高方向性，安全性和灵活性。

超表面由高温树脂和团队开发的3D打印方法制造。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。研究团队计划设计基于太赫兹变焦成像的进一步元器件应用。