苏州纳米所在氮化镓基无源太赫兹相控阵机制研究方面取得进展

图1.基于GaN SBD的无源太赫兹相控阵芯片

随着无线通信技术的发展，太赫兹波因超宽带、高定向性和高分辨率等优势，成为6G通信的重要频谱资源。然而，频率升高带来的路径损耗加剧和信号源输出功率降低等问题，使系统对高精度、低损耗、大视场的波束控制器件提出严苛要求。

中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所秦华团队提出并研制了基于氮化镓肖特基二极管(GaN SBD)的无源太赫兹相控阵芯片原型，其工作频率为0.32 THz，阵列规模为32×25。这一芯片利用GaN SBD的高速变容特性实现阵列天线谐振模式的动态调控，支持模拟和数字调相两种工作模式。在0至210°的连续相位调节范围内，平均插入损耗为5 dB，调制速率超过200 MHz，平均相位调节误差为1.8°。

进一步，针对现有GaN晶圆材料的非均匀性和SBD工艺偏差导致阵元间相位调节存在偏差的问题，该团队提出了基于差分进化的控制策略，使主瓣增益提升了4.2 dB，并有效抑制了旁瓣水平。在±45°扫描范围内，波束增益为18 dBi。基于该芯片，团队演示验证了目标的跟踪定位和信号的定向传输等功能。

图2. (a)芯片的相位调制精度测量结果，(b)远场方向图

研究结果以“A GaN Schottky Barrier Diode-Based Terahertz Metasurface for High-Precision Phase Control and High-Speed Beam Scanning”为题发表在 Advanced Materials 。论文第一作者为博士研究生于润，通讯作者为秦华研究员。该研究工作得到了国家自然科学基金项目、江苏省基础研究计划、苏州市科技计划项目、中国科学院青促会项目和国家重点研发计划等资助支持。

苏州纳米所秦华团队长期专注于氮化镓基太赫兹器件研究，此前团队已成功研制出多频段太赫兹单元和阵列探测器模块，本项研究工作为6G“通感一体化”的氮化镓基太赫兹器件解决方案提供了新思路。

审核编辑 黄宇