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毫米波与太赫兹领域未来的发展方向

毫米波及太赫兹领域是一个发展迅速的交叉学科,有着极其重要的科研学术价值和工业应用前景. 在毫米波及太赫兹技术方面的研究,经过近几十年的发展,取得了很多重要的成果, 但是仍然在很多研究领域还不够成熟, 亟待需要进一步地深入开发, 并且有效的将这些频段的应用丰富起来, 进而最终推动国民经济的发展。

毫米波领域

1、大功率毫米波固态源。针对5G 通信、空天地一体化通信、高分辨率雷达等应用需求, 发展GaAs和GaN 工艺, 提升毫米波固态放大器的输出功率, 探索高效率功率合成原理和实现方法.

2、高功率毫米波电真空器件。毫米波行波管(TWT)、回旋管(Gyrotron)、速调管(Klystron)、返波管(BWO) 等高功率放大器的设计与实现, 重点是提高其可靠性和寿命.

3、 毫米波III/V 族单片集成电路。 研究GaAs、InP 等III/V 族毫米波单片集成电路, 改善输出功率和噪声性能指标, 提高电路集成度, 以满足我国毫米波技术的应用需求.

4、毫米波硅基集成电路。硅基(如CMOS、SiGe 等) 毫米波集成电路在功率和噪声等性能上比III/V族单片集成电路要差一些, 但高集成度、低成本等特性将使得CMOS 或SiGe 集成电路在未来毫米波应用领域发挥越来越重要的作用. 针对5G 无线通信、阵列成像和汽车防撞雷达等应用, 研究高集成度、多通道毫米波硅基系统芯片的架构和实现方法.

5、毫米波测量仪器研制。目前,我国毫米波测试仪器领域基本上被Keysight 和R&S 等国外公司垄断, 而测试仪表又是发展各种电路与系统的基础。因此, 要加强毫米波测量仪器特别是高端毫米波测量仪器的研究与开发.


6、 毫米波应用系统。探索毫米波应用系统的新原理、新架构、新的实现方法, 及其在雷达、制导、通信、成像和汽车自动驾驶等领域的创新应用.

太赫兹领域

1、大功率太赫兹源。 高功率源对于太赫兹远距离成像、探测物质内部的高穿透波谱研究、太赫兹通信等至关重要. 但到目前为止, 低成本、小体积的高功率太赫兹源还没有很好的解决方案, 需要持续研究, 以期获得突破性进展. 此外, 还应发展太赫兹行波管、回旋管、速调管和返波管等高功率放大器.

2、太赫兹信号检测。在太赫兹信号检测方面, 近些年得到了长足的进步, 许多技术的性能指标已经接近于其理论的极限, 但仍然很难满足日益增长的需求. 因此, 迫切需要探索新的检测原理, 发现新的器件, 并且在此基础上推进大规模太赫兹检测阵列的研究.

3、太赫兹固态器件与集成电路。 发展III/V 族半导体工艺, 开展元器件模型和电路设计方法的研究, 实现太赫兹器件与单片集成电路; 发展硅基集成电路工艺, 开展相应元器件模型和电路设计方法的研究, 实现太赫兹器件与片上系统.

4、太赫兹新材料与无源元件。发展新的高精度加工工艺和新型太赫兹材料, 探索新的太赫兹无源元件工作机理, 研究新型低成本、低损耗、高集成度的太赫兹无源元件。 超高速太赫兹通信. 对于未来数据传输速率需要100 Gbps 甚至更高的场合, 研究超高速太赫兹通信技术, 包括频谱规划、信道模型、系统架构与标准等。

5、太赫兹测量技术与仪器。 伴随着太赫兹波生成和检测技术的成熟, 我国太赫兹仪器的研制也将拉开序幕. 太赫兹网络分析仪, 太赫兹光谱仪等等对我国太赫兹领域的研制能力有着重要的支撑作用.

6、太赫兹交叉应用领域。 目前太赫兹技术的主要研究领域在太赫兹成像, 主要集中在生物成像应用. 太赫兹波可用于对一些与其波长可比的细胞、DNA 等的检测. 研究太赫兹波与各种物质之间的相互作用, 以期发现新的物理特性、化学变化等, 对生物医学的基础领域研究提供思路. 开发新的太赫兹技术应用领域对太赫兹技术的整体发展有着重要的推动作用.

此外, 将已有的毫米波、太赫兹系统应用推向产业化, 设计出易加工、低成本、高性能的商用化太赫兹系统将对国家基础工业的发展带来革命性的变化。