隨著無線通信技術的發展,太赫茲波因超寬帶、高定向性和高分辨率等優勢,成為6G通信的重要頻譜資源。然而,頻率升高帶來的路徑損耗加劇和信號源輸出功率降低等問題,使系統對高精度、低損耗、大視場的波束控制器件提出嚴苛要求。

近日,中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所秦華團隊提出并研制了基于氮化鎵肖特基二極管(GaN SBD)的無源太赫茲相控陣芯片原型,其工作頻率為0.32 THz,陣列規模為32×25。這一芯片利用GaN SBD的高速變容特性實現陣列天線諧振模式的動態調控,支持模擬和數字調相兩種工作模式。在0至210°的連續相位調節范圍內,平均插入損耗為5 dB,調制速率超過200 MHz,平均相位調節誤差為1.8°。

進一步,針對現有GaN晶圓材料的非均勻性和SBD工藝偏差導致陣元間相位調節存在偏差的問題,該團隊提出了基于差分進化的控制策略,使主瓣增益提升了4.2 dB,并有效抑制了旁瓣水平。在±45°掃描范圍內,波束增益為18 dBi。基于該芯片,團隊演示驗證了目標的跟蹤定位和信號的定向傳輸等功能。

相關研究成果發表在《先進材料》(Advanced Materials)上。研究工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃和中國科學院相關項目等的支持。

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基于GaN SBD的無源太赫茲相控陣芯片