新加坡、法国和美国的研究人员借鉴拓扑光子学相关理念，设计出一种紧凑型天线结构，用于处理信息丰富的太赫兹（THz）信号。相关成果由圣母大学Ranjan Singh团队在《自然光子学》发表。研究人员称，在进一步改进后，该方案有望为未来第六代（6G）无线网络提供支持，以实现更高的数据传输速率。

6G对太赫兹天线提出更高要求

研究团队指出，6G网络被寄望实现约每秒一太比特的数据速率，相当于在一秒内传输约半部中端智能手机的存储容量。要达到这一水平，无线系统需要在太赫兹频段运行，其频率显著高于当前5G网络所用频段。

不过，在太赫兹频率能够被可靠应用之前，用于发射与接收此类信号的天线仍需显著提升。研究人员表示，以往无线技术代际演进中，性能提升往往依赖更大的天线阵列或引入机械结构更复杂的主动定向组件。尽管这些方法有效，但会推高成本与系统复杂度，并增加故障风险。团队认为，若不对太赫兹频段的数据处理方式进行更根本的调整，相关问题可能使6G部署面临现实障碍。

以芯片几何结构实现受控辐射

为应对上述挑战，研究团队将思路转向拓扑光子学。该领域关注通过人工结构让电磁波沿“受保护”的路径传播，使其在经过锐角转弯时也能降低散射并减弱缺陷影响。

研究人员据此设计了一种硅芯片结构：芯片上分布两种不同尺寸的三角形孔洞阵列，孔洞尺寸分别为99微米和264微米。团队表示，通过对不同尺寸孔洞的特定排列，可控制太赫兹辐射是在芯片内部继续传播，还是以特定角度泄漏至外部空间。受控泄漏形成锥形外发的、承载信息的太赫兹信号，使该结构能够作为天线工作。

被动方案实现更大覆盖范围

研究人员称，随着太赫兹辐射在天线不同位置泄漏，该天线可同时提供水平与垂直方向的覆盖。作为发射器时，其可覆盖周围三维空间约75%的区域，研究团队称这一覆盖范围约为多种现有太赫兹天线的30多倍。

同一结构也可作为接收器使用，能够在类似的广覆盖范围内捕获入射太赫兹信号，并将其引导回芯片。团队在论文中还表示，在其演示中，该天线实现的数据速率较其他最先进的太赫兹设备高出数百倍。

研究人员强调，上述能力来自完全被动且相对简单的设计：控制机制直接由芯片几何结构实现，而非依赖外部移动部件。团队认为，这种方式有望降低运营成本，并减少机械故障风险。

目标指向单芯片集成系统

在此基础上，Singh团队表示，下一步将探索把太赫兹通信系统的各个要素——包括发射、接收与信号处理——集成到单一芯片上。研究人员称，若能实现，将有助于推动更可靠的6G网络，使其能够更接近现有网络处理低频数据的方式来处理太赫兹信号。

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