隨著第五代移動通訊技術(shù)（5G）逐步普及，支撐未來五至十年全面覆蓋的超高速網(wǎng)絡(luò)，第六代（6G）技術(shù)的研發(fā)亦已展開序幕。城大電機(jī)工程學(xué)系講座教授兼大赫茲及毫米波國家重點(diǎn)實驗室主任陳志豪教授領(lǐng)導(dǎo)的跨學(xué)科專家團(tuán)隊，正致力推動太赫茲技術(shù)的發(fā)展，尤其在6G移動通訊、成像和光譜工具方面的應(yīng)用。

太赫茲波是介乎于微波與紅外線間的電磁波，是一種應(yīng)用層面廣泛的寬頻帶。譬如說，太赫茲技術(shù)已被用于檢測奶粉中的三聚氰胺、食品基質(zhì)中的抗生素、蔬菜中的農(nóng)藥和藥物中的異物等。

開發(fā)高效的太赫茲源

不過陳教授指出，太赫茲設(shè)備的體積龐大，成本昂貴，阻礙了有關(guān)技術(shù)的更廣泛應(yīng)用。他領(lǐng)導(dǎo)一支由電子工程師、材料科學(xué)家、生物學(xué)家和化學(xué)家組成的團(tuán)隊，正從事獲香港研究資助局主題研究計劃支持的項目，目標(biāo)是利用集成電路和光電技術(shù)，開發(fā)大功率的太赫茲源，并探索太赫茲技術(shù)的不同應(yīng)用。

陳教授解釋，太赫茲輻射源一般通過兩種方式產(chǎn)生：一）利用集成電路，將較低頻的微波上轉(zhuǎn)換為太赫茲輻射，再經(jīng)天線發(fā)射；二）利用光電技術(shù)和材料科學(xué)，將較高的光學(xué)頻率下轉(zhuǎn)換為太赫茲輻射。可是，這兩種方法都面對同樣問題──太赫茲源的輸出功率相對較低。

為了提高這兩種方法的輻射效率，城大電機(jī)工程學(xué)系副教授黃衡博士正開發(fā)太赫茲頻段的高性能天線，而材料科學(xué)及工程學(xué)系何仲賢教授則與他的團(tuán)隊嘗試合成高質(zhì)量的半導(dǎo)體納米線，通過下轉(zhuǎn)換產(chǎn)生太赫茲源。何教授說："這些納米線展現(xiàn)出塊體材料（bulk materials）所沒有的特性，在提高可見光轉(zhuǎn)換為太赫茲效率方面，亦表現(xiàn)出良好性能。" 他還正合成高質(zhì)量的單層石墨烯，以探索這種物料產(chǎn)生太赫茲輻射的潛力。

 

用于6G移動通訊的有源天線

陳教授說：”若能夠以體積較小的設(shè)備，并用較低成本開發(fā)太赫茲源，我們就可嘗試不同的應(yīng)用。例如我們開發(fā)的天線，既可產(chǎn)生太赫茲，亦能用于6G移動通訊。”

 

早前，國際電訊聯(lián)盟（ITU）公布了未來6G移動通訊的頻率范圍，正好與黃博士的研究范圍完全吻合，黃博士正研發(fā)介乎0.2 THz至 0.5 THz之間的天線。全賴黃博士和大赫茲及毫米波國家重點(diǎn)實驗室團(tuán)隊多年以來的基礎(chǔ)研究，他們現(xiàn)正開發(fā)采用功能材料的可編程天線，以實現(xiàn)波束成形技術(shù)。 

“透過采用功能材料，我們能調(diào)整所產(chǎn)生波頻的特性，及控制太赫茲波束的形成和方向，也就是說，我們可以根據(jù)需要，改變波束發(fā)射的方向。簡而言之，移動設(shè)備上的有源天線系統(tǒng)，使波束搜索和形成的技術(shù)變成可能，解決了接收不良的問題。這樣就可大大提高通訊質(zhì)量，在超高速、大容量的6G移動通訊時代，需求將會相當(dāng)龐大。” 黃博士進(jìn)一步解釋。

利用光譜和成像技術(shù)協(xié)助研發(fā)抗癌藥物
         
團(tuán)隊還針對太赫茲在光譜和成像技術(shù)方面的應(yīng)用進(jìn)行研究，以解決與健康相關(guān)的問題。”不少研究指出，癌細(xì)胞和正常組織對太赫茲輻射的吸收是不同的。因此，我們希望找出如何將太赫茲應(yīng)用于癌癥研究。” 化學(xué)系羅錦榮教授說。他同樣是大赫茲及毫米波國家重點(diǎn)實驗室跨學(xué)科團(tuán)隊的成員之一。

羅教授特別集中研究太赫茲成像技術(shù)能否更準(zhǔn)確地顯示體內(nèi)組織癌變部位，以及藥物測試下腫瘤細(xì)胞的變化。他亦探索太赫茲能否成為光譜工具，追蹤組織里的化合物，協(xié)助研發(fā)抗癌藥物，這項研究成功的話，將會成為熒光生物探針對組織染色的輔助方法。

“我們希望透過這個主題研究計劃項目，能整合不同學(xué)科專家的知識和材能，提高太赫茲系統(tǒng)的性能，并產(chǎn)生更多嶄新的研究思路，從而為社會帶來更大的益處。” 陳教授補(bǔ)充說。  

 

自行組建天線測量系統(tǒng)

針對不同的應(yīng)用情況，對天線的性能表征對探索太赫茲頻段的優(yōu)勢，起關(guān)鍵作用。可是，大赫茲及毫米波國家重點(diǎn)實驗室的團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，市場上沒有適合較高頻的毫米波和太赫茲波的天線測量設(shè)備，未能滿足他們的科研需要。”我們于是購買組件，自行組建能應(yīng)用于毫米波和太赫茲波研究的高分辨率天線測量系統(tǒng)，以支持學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研發(fā)工作。” 黃博士說。該研究項目獲香港研究資助局的協(xié)作研究金支持，由黃博士擔(dān)任項目負(fù)責(zé)人。

大赫茲及毫米波國家重點(diǎn)實驗室將與香港大學(xué)一支團(tuán)隊合作，共同組建世界級的天線測量設(shè)施，借助機(jī)械臂進(jìn)行近場和遠(yuǎn)場輻射測量。黃博士說︰”我們希望這臺新設(shè)施能將高頻電子開發(fā)推向更高水平，并促進(jìn)與華南地區(qū)內(nèi)其他研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行更多合作，城大會繼續(xù)發(fā)揮領(lǐng)導(dǎo)作用，為香港作為國際創(chuàng)新中心的角色作出貢獻(xiàn)。”

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