Nat. Photon|集成化突破！拓扑天线有望为6G网络铺平道路
发布时间：2026-02-10 15:28:33 阅读数： 333
片上太赫兹拓扑LWA。
新加坡、法国和美国的研究人员借鉴拓扑光子学理念，设计出一种能够处理信息丰富的太赫兹（THz）信号的紧凑型天线。由圣母大学的兰詹·辛格（Ranjan Singh）领导的研究团队在《自然·光子学》上发表成果称，经过进一步改进，该设计有望为未来的第六代（6G）无线网络提供支撑，实现前所未有的高速数据传输。
为何6G需要太赫兹天线
在不久的将来，6G网络有望实现每秒约1太比特（terabit）的数据传输速率——相当于一秒内传输一部中端智能手机约一半的存储容量数据。要达到如此速度，无线系统必须在太赫兹频段运行，远高于当前5G网络使用的频率。
然而，要在太赫兹频段实现稳定传输，必须对接收和发射信号的天线进行重大改进。
在以往无线技术发展中，性能提升往往依赖于构建更大规模的天线阵列或引入机械结构复杂的主动转向组件。尽管这些方案有效，却增加了成本、复杂度及故障风险。若不从根本上重新思考太赫兹频段的数据处理方式，这些问题可能使6G网络的部署既困难又不切实际。
借鉴拓扑光子学概念
为应对这一挑战，辛格团队转向了拓扑光子学领域——该领域致力于研究能迫使光沿受特定路径传播的人工结构。通过精心设计材料图案，研究人员能够制造出紧凑型器件，使传播中的电磁波即使在穿越锐角时也能免受散射和缺陷影响。
为利用这些效应，团队设计了一款硅芯片，其表面布满两种尺寸的三角形孔洞阵列——孔径分别为99微米和264微米。
通过将大小孔洞按特定模式排列，研究人员可精确控制太赫兹辐射在芯片内部持续传输，或以特定角度向外泄漏。这种可控泄漏形成锥形太赫兹信号发射束，使结构转化为信息传输天线。
被动设计实现广覆盖
由于太赫兹辐射沿天线不同点泄漏，可同时提供水平和垂直覆盖。作为发射器时，它可以覆盖周围三维空间约75%的范围——是许多现有太赫兹天线覆盖范围的30倍以上。
反之，该结构同样可作为接收器，在同等广阔范围内捕获入射太赫兹信号并将其导入芯片。
在所有演示过程中，该天线保持的数据传输速率比其他尖端太赫兹设备高出数百倍。
关键在于，所有这些功能均通过完全被动且相对简单的设计实现——控制机制直接嵌入芯片几何结构，而非依赖外部活动部件。这不仅能降低运营成本，更能大幅减少机械故障风险。
迈向全集成6G太赫兹芯片
基于这些成果，辛格团队现致力于探索如何将太赫兹通信系统的所有元素——包括传输、接收和信号处理——集成于单一芯片。若能实现，这些突破将使我们更接近可靠的6G网络：届时处理太赫兹信号将如同当今网络管理低频数据般流畅无缝。
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