Создана фазированная решётка на чипе для управления терагерцевыми волнами

Терагерцевые волны занимают в электромагнитном спектре место между микроволнами и инфракрасным излучением. Соответственно, в этой «ничейной зоне» толком не работают ни оптические технологии, ни классическая электроника.

Возможность с высокой точностью фокусировать и направлять терагерцевую электромагнитную энергию, открыла бы путь к созданию систем радарной визуализации в сотни раз компактнее, экономичнее и точнее существующих сегодня.
 
К созданию такой технологии вплотную приблизились сотрудники Группы интегрированной терагерцевой электроники Массачусетского технологического института (MIT). Они продемонстрировали решётку из почти 10 тысяч терагерцевых антенн, смонтированных в устройстве размерами с кредитную карточку.

Устройство, называемое «отражающей решёткой» (reflectarray) работает как управляемое зеркало с углами отражения, контролируемыми компьютером. Подавая на каждую антенну сигнал со специфической задержкой по времени, reflectarray быстро фокусирует терагерцевое излучение в луч с углом раскрытия до одного градуса и управляет им без использования движущихся элементов.

Создание компьютерного чипа, достаточно большого, чтобы вместить все эти антенны, само по себе является огромной проблемой. Исследователи применили масштабируемый подход, сконструировав маленький чип с 49 антеннами, а затем объединив такие чипы в массив 14 x 14. Между собой чипы связаны микроскопическими золотыми проводами, которые одновременно служат для передачи сигналов и для питания антенного массива.

Над изготовлением микросхем и сборкой массива команда MIT работала вместе с Intel. Использование инновационных техпроцессов последней, позволило интегрировать антенный массив непосредственно на подложку микросхемы. Инновационные двухтранзисторные фазовращатели, которые практически не потребляют энергии, столь миниатюрны, что высвободили до 99% площади микросхемы для размещения памяти, так что каждая антенна может хранить библиотеку различных фаз.

В качестве демонстрации, новое устройство использовалось для создания трёхмерных изображений. Они аналогичны визуализациям, генерируемым устройством LiDAR, в отличие от которого «отражательная решётка» эффективно работает в дождь, туман или снег. Она также смогла получить радиолокационные изображения с угловым разрешением в два раза выше, чем у обычного радара, который настолько велик, что виден из космоса. Хотя традиционный радар способен покрывать гораздо большую площадь, reflectarray обеспечивает разрешение военного уровня в габаритах, подходящих для коммерческих умных машин.

Презентация работы состоялась на Международной конференции по полупроводниковым схемам (ICSSCC). Авторы reflectarray готовят создание стартапа, который займётся коммерциализацией этой технологии.