宽谱高功率太赫兹天线无偏压太赫兹天线

据麦姆斯咨询报道，近日，滨松光子（Hamamatsu Photonics）开发出全球首款太赫兹图像增强器。该产品具有实时无损成像能力，可应用于食品异物检测和人体扫描等领域。滨松开发的太赫兹图像增强器“THz-I.I.”这款图像增强器“THz-I.I.”是基于滨松多年来开发的成像技术。该公司表示，“THz-I.I.”具有高分辨率和快速响应等特点，允许对通过目标物体传输或从目标物体反射的太赫兹波脉冲进行实时成像。太赫兹波在电磁波中的位置“THz-I.I.”概述图像增强器是主要为星光下的夜视（弱光情况下的辅助视觉）而开发的一种图像增强管。典型的图像增强器包括将入射光转换为电子的光电阴极、放大电子的微通道板、将电子转换为光的荧光屏，所有这些都密封在真空管之中。通过选择光电阴极材料，可以将包括可见光和不可见光在内的入射光转化为电子，然后在真空中进行倍增。这使得能够对发光现象进行高速、高分辨率和高灵敏度成像。滨松一直在与丹麦技术大学（Technical University of Denmark）进行合作研究，以开发利用小型超材料天线将太赫兹波转换为电子的光电转换技术。这种光电转换技术应用于滨松的成像技术，在“THz-I.I.”输入窗口的内表面形成超材料天线。滨松还重新设计了天线结构，以提高将太赫兹波转换为电子的效率——电子在真空中被有效地倍增。太赫兹图像增强器“THz-I.I.”工作原理太赫兹图像增强器“THz-I.I.”主要参数滨松评论说：“我们已经成功开发了一种快速响应、高分辨率的太赫兹图像增强器——THz-I.I.，能够对穿过目标物体或从目标物体反射的太赫兹波进行实时成像。这种太赫兹图像增强器还可以通过改变天线设计以匹配所需的应用，从而对任何频段的太赫兹波进行成像。”该太赫兹图像增强器有望扩大无损检测的应用范围，例如：（1）食品生产中的异物（指甲和薄膜等）的快速在线检测，（2）使用传统的X射线检测技术通常很难检测到污染物。由于太赫兹波对人体无害，“THz-I.I.”也有望应用于安检领域的人体扫描仪，在火车检票口和活动场地入口处进行安全检查时，这将被证明是非常有效的人体扫描手段。在科学研究领域，“THz-I.I.”将用作获取太赫兹光束轮廓或调整太赫兹光学系统的工具。滨松说：“作为未来的目标，我们将继续推进‘THz-I.I.’具有更高的实际使用灵敏度，目标是在一年内开始交付该产品的样品。”

一位特工正在和时间赛跑，他知道炸弹就在周围。他跑到一个拐角，发现小巷内堆满了可疑的纸箱。他急忙掏出手机，快速地逐个扫描面前的箱子，包装内的物品一一展现。千钧一发之际，手机屏幕上出现了爆炸装置的轮廓，形势瞬间扭转，待爆炸装置运行中止时，他才长出了一口气。 　　看起来像是电影情节?但这一幕却很有可能成为现实，而这要得益于美国加州理工学院工程师们开发出的一种低成本的微小硅芯片。这种成像芯片能够产生并发射出高频的电磁波，即太赫兹(THz)波。当它处于尚未被完全开发的电磁光谱区域，介于微波和远红外辐射之间，能够渗透多种材料，却不会出现X射线的电离损伤。 　　在扫描和成像领域应用潜力大 　　把这种新型微芯片整合进手持设备中，能够应用于国家安全、无线通信、医疗保健甚至非接触式游戏研发等多个方向。未来，这一技术还有望为非侵入式的癌症诊断提供帮助。相关研究报告发表在最新一期的电气电子工程师学会(IEEE)《固态电路杂志》上。 　　该校的电气工程系教授阿力· 哈基姆瑞说：&ldquo 利用与制造现今手机微芯片同样成本低廉的集成电路技术，我们研发出了比它们运行速度快300倍的硅芯片。这些芯片将为制造下一代十分多能的传感器奠定基础。&rdquo 　　频率从0.3THz到3THz的太赫兹波，具有在扫描和成像等领域的应用潜力。这些电磁波能轻易渗透包装材料，使得探测材料内部信息成为可能。例如，陶瓷、硬纸板和塑料制品等对太赫兹电磁辐射而言就是透明的，因此太赫兹波可以作为X射线的非电离和相干的互补辐射源，用于机场、车站等地的安全监测，比如探查枪械、生物武器、爆炸物和毒品等隐藏的非法物品。然而现有的太赫兹设备多为笨重而昂贵的激光装置，有时甚至需要处于低温环境。而技术的匮乏，也使太赫兹成像和扫描的发展停滞不前。 　　为了实现太赫兹波在这一领域的应用，哈基姆瑞和考西克· 森古普塔使用了互补金属氧化物半导体，即通常会被用于电子设备芯片制造中的CMOS技术，来设计具有全面集成功能的、可在太赫兹频率运行的硅芯片，而其尺寸只有指尖大小。研究人员表示，这使太赫兹波成像成为了可能。新芯片能够激发比现有途径强劲1000倍的信号，而发出的太赫兹信号能在特定方向被动态程控，使它们成为世界上第一个集成的太赫兹扫描阵列。借助这种扫描装置，研究人员能够发现藏在塑料制品中的剃须刀片，或者确定动物组织中脂肪和肌肉的分布，诊断人体烧伤部位的损伤程度，以及植物叶片组织的水分含量分布等。而太赫兹成像技术与其他波段的成像技术相比，所得到探测图像的分辨率和景深也均有明显提高。&ldquo 这并不是在谈这项技术的潜能，而是切实地展现出它的实际效用。第一次看到太赫兹扫描图像时，我们都屏住了呼吸。&rdquo 哈基姆瑞说。 　　新研究克服了诸多技术限制 　　事实上，研究小组克服了诸多技术限制，才将CMOS技术转变成了可运行的太赫兹芯片。每个晶体管都具有一个截止频率，在这一频率之上信号放大就无法实现，而标准的晶体管亦不能在太赫兹频率放大信号。为了解决截止频率的难题，科学家尝试令多个晶体管一起工作。在正确的频率和时间结合它们的力量，来促进集体信号的强度提升。借助新的晶体管操作方法，可使晶体管保持在截止频率之上40%至50%，并能产生较大的功率。&ldquo 就像一群蚂蚁联合起来，也能做到大象所能做到的事情，而且不止于此。&rdquo 森古普塔解释说。 　　科研人员还解决了太赫兹信号的发射和传输。在如此高的频率下，无法按常理使用导线，而传统的天线在微芯片尺寸效率也很低下。因此，科学家将整个硅芯片当作天线，集成了芯片上的金属部分，在特定的时间和强度一起发射信号。整个解决方案囊括了集成电路、天线、电磁学和应用科学等多领域的创新，可谓十分全面。此外，IBM公司亦有助于此次的芯片制造。

记者从中国电科38所获悉，在2月17日召开的第68届国际固态电路会议（ISSCC 2021）上，该所发布了一款高性能77GHz（吉赫兹）毫米波芯片及模组，在国际上首次实现两颗3发4收毫米波芯片及10路毫米波天线单封装集成，探测距离达到38.5米，刷新全球毫米波封装天线最远探测距离纪录。　　该款芯片在24毫米×24毫米空间里实现了多路毫米波雷达收发前端的功能，创造性地提出一种动态可调快速宽带chirp信号产生方法，并在封装内采用多馈入天线技术，大幅提升了封装天线的有效辐射距离，为近距离智能感知提供了一种小体积和低成本解决方案。　　此次发布的封装天线模组包含两颗77GHz毫米波雷达芯片，该芯片面向智能驾驶领域对核心毫米波传感器的需求，采用低成本CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺，单片集成3个发射通道、4个接收通道及雷达波形产生等，主要性能指标达到国际先进水平，在快速宽带雷达信号产生等方面具有特别优势，芯片支持多片级联并构建更大规模的雷达阵列。基于扇出型晶圆级封装是封装天线的一种主流的实现途径，国际上的大公司都基于该项技术开发了集成封装天线的芯片产品。　　下一步，中国电科38所将对毫米波雷达芯片进行进一步优化，根据具体应用场景提供一站式解决方案。　　ISSCC被认为是集成电路领域的“奥林匹克盛会”，于1953年由发明晶体管的贝尔实验室等机构发起成立，在60多年历史中，众多集成电路史上里程碑式的发明都在这里首次亮相。