圖1.基于GaN SBD的無源太赫茲相控陣芯片

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，太赫茲波因超寬帶、高定向性和高分辨率等優(yōu)勢(shì)，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(hào)源輸出功率降低等問題，使系統(tǒng)對(duì)高精度、低損耗、大視場(chǎng)的波束控制器件提出嚴(yán)苛要求。

中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所秦華團(tuán)隊(duì)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(guī)模為32×25。這一芯片利用GaN SBD的高速變?nèi)萏匦詫?shí)現(xiàn)陣列天線諧振模式的動(dòng)態(tài)調(diào)控，支持模擬和數(shù)字調(diào)相兩種工作模式。在0至210°的連續(xù)相位調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，平均插入損耗為5 dB，調(diào)制速率超過200 MHz，平均相位調(diào)節(jié)誤差為1.8°。

進(jìn)一步，針對(duì)現(xiàn)有GaN晶圓材料的非均勻性和SBD工藝偏差導(dǎo)致陣元間相位調(diào)節(jié)存在偏差的問題，該團(tuán)隊(duì)提出了基于差分進(jìn)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(nèi)，波束增益為18 dBi?；谠撔酒?，團(tuán)隊(duì)演示驗(yàn)證了目標(biāo)的跟蹤定位和信號(hào)的定向傳輸?shù)裙δ堋?/p>

圖2. (a)芯片的相位調(diào)制精度測(cè)量結(jié)果，(b)遠(yuǎn)場(chǎng)方向圖

研究結(jié)果以“A GaN Schottky Barrier Diode-Based Terahertz Metasurface for High-Precision Phase Control and High-Speed Beam Scanning”為題發(fā)表在?Advanced Materials?。論文第一作者為博士研究生于潤，通訊作者為秦華研究員。該研究工作得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、江蘇省基礎(chǔ)研究計(jì)劃、蘇州市科技計(jì)劃項(xiàng)目、中國科學(xué)院青促會(huì)項(xiàng)目和國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等資助支持。

蘇州納米所秦華團(tuán)隊(duì)長期專注于氮化鎵基太赫茲器件研究，此前團(tuán)隊(duì)已成功研制出多頻段太赫茲單元和陣列探測(cè)器模塊，本項(xiàng)研究工作為6G“通感一體化”的氮化鎵基太赫茲器件解決方案提供了新思路。

審核編輯 黃宇