無線頻譜的太赫茲區(qū)域是電磁頻譜中一個非常令人抓狂的部分，它有時被稱為無線電信號和光學信號頻率之間的“死區(qū)（dead zone）”。頻段（300千兆赫到30太赫茲）有其吸引人的特性，但其令人生畏的物理特性在歷史上使其難以用于實際應用。

然而，該區(qū)域?qū)ρ芯咳藛T仍然很有吸引力，近年來出現(xiàn)了一系列新的應用。其中最新的是麻省理工學院工程師設計的超小型太赫茲喚醒接收器芯片。該接收器只需要幾微瓦的功率，并包括一個低功耗身份驗證系統(tǒng)，使其免受拒絕睡眠攻擊。

麻省理工學院電氣工程和計算機科學系的研究生Eunseok Lee表示，隨著小型物聯(lián)網(wǎng)設備的激增，喚醒接收器在今天變得越來越重要。Lee和麻省理工學院的其他研究人員在4月于圣安東尼奧舉行的2023 IEEE Custom Integrated Circuits Conference上發(fā)表了一篇關于他們研究的論文（https://dspace.mit.edu/bitstream/handle/1721.1/150157/Lee-eunseok-SM-EECS-2022-thesis.pdf？sequence=1&isAllowed=y）。Lee在Terahertz Integrated Electronics Group工作，該集團目前正在使用太赫茲頻率開發(fā)超小型平臺。Lee說：“我們想為這些頻率找到［不同的］應用……并認為它們也是超小型傳感平臺的一個很好的備選者?！?/p>

喚醒接收器使電子設備保持休眠狀態(tài)，直到需要為止?！跋胂肽愕?a href="http://www.brongaenegriffin.com/v/tag/107/" target="_blank">手機，”Lee說，“如果它一直打開常亮，它會消耗大量的電力，對吧？所以喚醒接收器所做的就是將電子設備保持在非常低的功率模式，直到我們向接收器發(fā)送信號，使其能夠激活整個系統(tǒng)?！?換句話說，微小的接收器可以保持非常小的物聯(lián)網(wǎng)設備的電池壽命，這些設備的電池容量有限。

與所有天線一樣，用于喚醒接收器的天線需要與它們接收的波長大小成比例。大多數(shù)傳統(tǒng)的喚醒接收器使用Wi-Fi或藍牙，頻率約為2.4 GHz，波長約為12.5厘米。這就要求現(xiàn)有的接收器也要建立在厘米級上。Lee說：“然而，如果我們將載波頻率提高到幾十或幾百吉赫茲，其波長也會減少，這有助于減小天線尺寸，使其能夠安裝在非常小的毫米級傳感平臺上?！?/p>

麻省理工學院的研究人員建造了他們的接收器，以在太赫茲頻率上進行通信，太赫茲頻率對應于1到0.03毫米之間的波長。他們的接收器芯片是1.54mm2，使用的功率不到3微瓦。Lee說：“我們證明，我們的接收器可以支持5到10米的通信，功耗為微瓦?！?/p>

太赫茲波有時也被稱為鉛筆束，因為它們在給定距離內(nèi)的散射比無線電波少。這使得太赫茲波更安全，但在高頻下，它們也不能傳播很遠。通常，太赫茲信號與另一個信號相乘，以改變其頻率并幫助其傳播，但這種混合使用了大量功率。Lee說：“由于傳感器上的電池非常小，我們的電力預算有限，我們所做的就是使用太赫茲自混合?！?該團隊使用一對微小的晶體管作為探測器的天線，并以微不足道的電力成本混合了兩個太赫茲頻率。

Lee表示：“我們還在太赫茲接收器內(nèi)部部署了喚醒認證電路?！?他說，雖然有許多用于喚醒接收器的安全協(xié)議，但在集成電路領域，以前沒有人試圖開發(fā)喚醒認證系統(tǒng)。該系統(tǒng)可防止拒絕睡眠攻擊，即攻擊者試圖反復激活設備以耗盡電池電量。麻省理工學院的團隊使用了一種算法，使用與可信發(fā)送者共享的密鑰來隨機化設備的令牌。他們采用了一種名為輕量級密碼學的技術來結(jié)合令牌隨機化，這只消耗了幾毫瓦的功率。

微型太赫茲喚醒接收器的潛在應用包括將其安裝在監(jiān)測對人類來說太小或太不安全的區(qū)域的微型基站內(nèi)，可以不引人注目地部署傳感器的室內(nèi)安全應用，以及在機器人群中收集本地化數(shù)據(jù)。Lee補充道：“目前，我們也在研究使用太赫茲波的采集平臺，以及喚醒接收器的角度靈敏度?！彼麄冞€希望能夠?qū)μ掌澕夹g進行微調(diào)，以供現(xiàn)實世界使用。