研究人員介紹信用卡大小的THz“反射陣列”高分辨率成像裝置

在英特爾公司和麻省理工學院集成電路與系統中心的資助下,研究人員已經打造出了一種能夠實現極高的電子控制精度、並聚焦一束 THz 電磁能的設備。儘管這一新型“反射陣列”只有信用卡大小,但它還是能夠生成高分辨率圖像。此外與其它方案相比,它還具有更小、更強、更低成本的優勢。

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半導體 THz 光束形成器照片,其內置近萬個元件。

SCI Tech Daily 指出,這套裝置開闢了高分辨率實時成像設備的新領域。它不僅光學性能更加強大,體型也僅為其它雷達系統方案的百分之一。

至於 THz 電磁波譜,其長期被置於微波與紅外之間的“空窗區”,因為傳統電子和光學設備都無法有效操縱它們的能量。

即便如此,研究人員還是對這部分高頻無線電波的諸多獨特性質產生了濃厚的興趣 —— 比如可以穿過某些固體材料,但又不像 X 射線那樣對生物健康產生不利影響。

此外 THz 頻譜可用於更高速率的通信傳輸,或者為視覺系統提供可穿透霧氣 / 塵土飛揚環境的技能加成。

由 Ruonan Han 助理教授帶領的 MIT 太赫茲集成電子小組,就致力於跨越這方面的技術鴻溝,並且展示了當前最精確、密集、且電子可控的 THz 天線陣列。

得益於平鋪 CMOS 芯片和 THz 電路系統設計的新進展,這種被稱作“反射陣列”(reflectarray)的 THz 天線,能夠在計算機引導下主導反射的方向。

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其工作原理與可控的鏡子類似,在信用卡大小的反射陣列裝置上整合了將近 10000 根天線。通過將 THz 能量束精確聚焦到一個微小的區域上,並在不移動部件的情況下,對其展開快速的控制。

另外藉助半導體芯片和創新製造技術構建的反射陣列,也具有充足的可擴展性。從生成場景的 3D 深度圖像演示來看,其成像結果與激光雷達(LiDAR)類似。

不同的是,LiDAR 用的是光源,而 MIT 新型反射陣列利用的是 THz 電磁波,因而能夠在雨、雪、霧等複雜環境中維持有效運行。

值得一提的是,這塊小型反射陣列的生成角分辨率,也是科德角雷達的兩倍。儘管後者達到在太空中都可見,但新型反射陣列卻率先為商用智能機器設備引入了軍用級的分辨率支持。

研究作者、最近剛在該校電氣工程與計算機科學系(EECS)完成了博士學位的 Nathan Monroe 指出:

天線陣列具有非常有趣的特性,因為只需改變饋送到每個天線的時間延遲,便可改變能量的聚焦方向,而且這些完全是基於電子層面實現的。

換言之,它可被用於替代你在機場看到的那些帶有馬達的大型雷達天線。在做到同樣事情的同時,我們還無需任何活動部件,因為我們只是改變了計算機中的一些比特。

最後,這項研究的合著者中,還包括了 EECS 研究生 Xibi Chen,英特爾公司 Georgios Dogiamis、Robert Stingel 和 Preston Myers,以及資深作者 Ruonan Han 。

此外他們正在國際固態電路會議(ISSCC 2022)上介紹這項研究成果。

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