電磁電路協同設計方法可實現動態可編程的全息太赫茲超表面

借助集成的CMOS技術和電磁設計，普林斯頓大學的研究人員展示了一種關鍵設備，該設備有可能啟用太赫茲頻率的高速無線鏈路。

由亞波長散射體陣列組成的超穎表面可用于精確控制入射電磁場，但一旦制成，通常是靜態的。通過使用集成電路，可以以極高的速度主動地重新配置這些元元素。這使得能夠動態控制入射的電磁能。演示的超穎表面的工作頻率為太赫茲頻率-微波和紅外光之間的頻率范圍。隨著5G和物聯網系統的出現，對高速數據帶寬的需求日益增長。太赫茲頻段很容易為高速數據鏈路鋪平了道路，此類設備有可能實現許多此類應用。動態可編程的超表面可以調制入射光束和/或將能量重定向到特定方向(光束轉向)。

在12月14日發表于《自然電子》上的一項研究中，普林斯頓大學的研究人員描述了基于CMOS的動態可編程太赫茲超表面的設計和特性。演示的太赫茲超表面的設計方法依賴于將表面的電磁設計與電路元件相結合，從而為動態編程和設計入射波前提供了獨特的處理方法。由于太赫茲頻率涉及的波長尺度和尺寸，單位單元的陣列和集成控制電路可以無縫地共同設計并集成在硅晶片上。

研究人員使用了行業標準的CMOS工藝來制造這些超穎表面。每個集成芯片由12 x 12的元元素或單位單元陣列組成，它們可以通過片上后端電路單獨控制。這樣的集成芯片起著樂高積木的作用，可以拼在一起形成更大的超表面孔徑。在這項研究中，研究人員平鋪了2×2集成芯片，以顯示總共576個元元素的可伸縮性，這些元元素可單獨尋址和控制以控制入射太赫茲光束的幅度和相位。

文章的主要作者，博士后學者Suresh Venkatesh博士說：“此原型演示了基于CMOS的平鋪和可擴展方法，這種設計方法在電磁場的設計和控制方面開辟了新的體系結構范式。”普林斯頓大學電氣工程系。