中国科学院突破氮化镓基无源太赫兹相控阵技术瓶颈，助力6G通信发展

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所秦华团队在氮化镓基无源太赫兹相控阵机制研究中取得重要进展，为6G通信及未来无线系统提供了关键技术支撑。

以下是该研究的核心突破与创新点分析：

1. 技术背景与挑战

需求驱动：太赫兹频段（0.1–10 THz）因超宽带宽、高定向性和高分辨率成为6G通信的核心资源，但面临两大瓶颈：

路径损耗剧增：频率越高电磁波衰减越快，需高精度波束控制以补偿信号衰减；

功率限制：现有信号源输出功率不足，要求器件具备极低损耗特性。

传统方案局限：有源相控阵依赖大量移相器和放大器，复杂度高且功耗大，难以满足大规模阵列需求。

2. 核心创新设计器件结构与材料选择

基础单元突破：采用氮化镓肖特基二极管（GaN SBD）作为核心元件，利用其独特的高速变容特性实现动态调谐：

物理机制：通过电压调控PN结耗尽区宽度→改变结电容值→实时调整天线谐振频率；

性能优势：相比传统PIN二极管，GaN材料的高电子迁移率和高击穿场强使其响应速度更快（调制速率>200 MHz）、耐压能力更强。

阵列规模优化：构建了32×25的大型阵列（共800个单元），兼顾波束成形精度与系统集成度。

双重工作模式兼容性

同时支持模拟调相与数字调相两种模式：

模拟模式：连续相位调节范围达0–210°，平均插入损耗仅5 dB，适用于精细波束指向控制；

数字模式：离散相位编码可实现复杂波形合成，提升系统灵活性。

相位精度表现：平均调节误差低至1.8°，确保波束扫描角度的准确性。

校准算法革新

针对GaN晶圆非均匀性和工艺偏差导致的阵元不一致问题，提出基于差分进化的控制策略：

自适应优化：通过迭代算法动态补偿各单元间的相位/幅度差异；

性能提升：主瓣增益提升4.2 dB，旁瓣抑制效果显著改善；

实测数据：在±45°扫描范围内保持18 dBi的高增益，验证了算法有效性。

3. 系统级验证成果

功能演示：成功实现目标跟踪定位与定向信号传输，证明芯片具备实际应用潜力；

场景适配性：可应用于数字孪生、智能感知等新兴领域，支持多目标同时跟踪；

集成优势：无源设计无需外部供电，简化系统架构并降低能耗。

这项研究不仅展示了GaN基无源相控阵在太赫兹波段的技术可行性，更为未来6G通信系统的智能化、小型化发展提供了新范式。随着材料科学与算法优化的持续突破，该技术有望加速从实验室向产业的转化进程。