來源：悅智網

作者：Lily Hay Newman

無線電頻譜3~3000兆赫之間存在的問題是：太擁擠了。電視、廣播、手機、藍牙、GPS、雙向通信設備以及Wi-Fi都是在這個高頻至超高頻的范圍內工作的。因此，由于沒有別的選擇，研究人員花費了幾十年的時間來研究對3~3000千兆赫范圍內頻段的利用。一個研究小組曾報告了一個鼓舞人心的發現，即一項每秒100G的無線數據傳輸紀錄。

德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）、弗勞恩霍夫應用固體物理研究所和斯圖加特大學的科學家們在相距20米的一臺發射器和一臺接收器之間搭建了一個頻率為237.5千兆赫的無線連接。這一頻率處于頻譜的毫米波部分，并且非常接近太赫茲的范圍（通常被定義為始于300千兆赫）。太赫茲區域有很大的潛力，因為它的輻射是非電離的，但可以穿透衣物，從而使先進的炸彈檢測和身體掃描等成為可能。

太赫茲和亞太赫茲頻率作為高速數據傳輸的解決方案也已被研究了數十年，特別是用于鋪設光纖網絡困難昂貴的農村或偏遠地區。

KIT的光子學研究工程師斯文•孔尼格（Swen König）表示：“對于我們來說，最令人興奮的事情是在這個載波頻率里以這種高數據速率進行無線通信，而之前沒人能做到這一點。而這只是電信在這個頻率中發展的開始。”

為了達到如此高的數據速率，研究人員搭建了一個實驗系統，將尖端的電子和光子技術結合了起來。他們決定在發射器的設置中添加光子元素，而不是只使用電子，因為光子可以使用更大的帶寬和動態范圍。但不足之處是，這個光子方案降低了發射器的輸出功率。

該小組使用了一種叫做光子混頻器的設備，它結合兩束不同頻率的激光并把它們引導到光電二極管。一束激光被調制為攜帶數據，另一束則不攜帶。將激光照射到光電二極管上就產生了一個電信號，其頻率等于兩束激光的頻率之差，即237.5千兆赫。然后，該信號由一個喇叭形的天線發射出去。

在接收器端，該小組使用了一個由高電子遷移率晶體管組成的定制集成電路，這種化合物半導體設備可以在毫米波頻率下運行。這種僅幾平方毫米的芯片是將太赫茲接收技術引入智能手機和平板電腦的一大進步。芯片增強了入射輻射，并將它與另一頻率混合起來以提取傳輸的數據。

新澤西技術研究所的物理學教授、研究太赫茲技術的約翰•費德里西（John Federici）對該項研究印象深刻。他說，20米的傳輸距離是有限的，但這對于那些還在夢想著進行太赫茲數據傳輸的研究項目來說已經足夠了。他說，“有些人在談論一種向移動用戶進行高數據速率傳輸的數據亭。他們會到數據亭那里以非常高的數據傳輸速率下載視頻或其他東西，然后離開。”不過，費德里西告誡人們不要過度推廣這一想法，他表示，太赫茲和近太赫茲頻率在大氣中或在家中的墻壁間的傳播是不可靠的。

與使用激光在空氣中進行數據傳輸的自由空間光傳輸相比，這個德國小組發現的亞太赫茲傳輸具備一個很有前途的特點：這種類型的輻射受到當地雨或霧等條件的影響較小。但L-3 Communications公司的副總裁、太赫茲專家卡特•阿姆斯特朗（Carter Armstrong）指出，研究人員并沒有在這些惡劣條件中實際測試他們的設計。他說：“他們說在自由空間的毫米波上的太赫茲傳輸受到雨和霧的影響較少。”因此他們應該“通過操作這個系統來進行演示”。

KIT的孔尼格同意，那些能夠讓用戶在發射器和接收器之間具有清晰視線的應用是有前途的。但他也表示，研究小組有信心將該技術進行擴展，使傳輸距離達到幾百米。他們曾經打破過長距離的紀錄，利用純電子系統在240千兆赫上、以每秒40G的速度傳輸了一公里以上的距離。光電二極管的輸出功率是這次實驗的限制因素，但新的研究一直在進行，比如在光電二極管后面增加一個放大器來增強信號。

更廣泛地說，各個研究機構都一直在對實驗裝置的多個部件進行開發。孔尼格表示：“這是許多不同的合作伙伴和技術的協作。令人欣慰的是，所有這些理念都是行之有效的。”