科技日報記者 張佳欣

據最新一期《自然·光子學》雜志報道，來自新加坡、法國和美國的科研團隊借鑒拓撲光子學理念，設計出一種片上緊湊型天線。其能利用芯片微結構實現高效輻射，處理信息密度極高的太赫茲信號，顯著提升數據傳輸速率，為未來6G無線通信提供重要基礎。

未來的6G網絡預計可實現每秒1太比特的數據速率，這相當于在1秒內傳輸一部中端智能手機約一半的存儲容量。要達到這樣的速度，無線系統必須在遠高于當前5G的太赫茲頻段運行，但相關天線技術仍存在效率、覆蓋范圍和可靠性方面的挑戰。

以往無線通信的性能提升，往往依賴擴大天線陣列規模或采用機械結構實現主動波束轉向。雖然有效，但這類方案也會增加成本、系統復雜度及故障風險。研究團隊認為，若不從電磁波傳播方式本身進行改進，6G在太赫茲頻段的實際部署可能面臨困難。

為此，研究團隊引入拓撲光子學概念，通過人工結構設計，使光或電磁波沿“受保護”的路徑傳播，即便遇到缺陷或急轉彎也能保持穩定。

團隊設計了一種硅芯片，其表面打孔形成陣列，包含兩種尺寸的三角形孔洞，邊長分別為99微米和264微米。通過精確排列不同尺寸孔洞，可控制太赫茲輻射是在芯片內部傳播，還是以特定角度向外泄漏輻射，從而形成錐形輻射束，使芯片本身成為天線。

當太赫茲輻射沿天線不同位置泄漏輻射時，可同時實現水平和垂直方向的覆蓋。覆蓋范圍比許多現有太赫茲天線高出30倍以上。同時，該結構也可作為接收端，在類似寬廣的角度范圍內捕獲進入的太赫茲信號，并將其導入芯片內部。

實驗結果顯示，該天線實現的數據傳輸速率比當前最先進的太赫茲器件高出數百倍。值得注意的是，所有功能均通過被動結構實現，控制機制直接嵌入芯片幾何設計之中，無需額外的機械運動部件或復雜的主動控制系統，這有望顯著降低運行成本并提高可靠性。

下一步團隊計劃探索將太赫茲通信系統的發射、接收和信號處理功能全部集成到單一芯片中。如果這一目標實現，未來6G網絡或可像現有低頻通信一樣高效處理太赫茲信號，為超高速無線通信奠定基礎。

總編輯圈點 

6G要實現超高速傳輸，必須依托太赫茲頻段，但該頻段存在天生“短板”，信號衰減快、穿墻能力弱。此次，科研人員通過巧妙的芯片結構設計，讓芯片本身成為天線，一舉解決了傳統天線效率低、覆蓋面小、可靠性差的問題，實驗結果表明，這種天線可實現的數據傳輸速率比當前最先進的太赫茲器件還高出數百倍。片上太赫茲天線的研發為6G普及打下重要基礎，但要實現6G的全面落地，還需在芯片集成、網絡架構、產業協同等方面實現多種突破。