http://big5.nikkeibp.com.cn/news/mobi/65311-20130322.html?ref=ML
【NE日本無線技術獎】
利用小型半導體元件實現兆赫波無線數據傳輸
2013/03/27 00:00 通信／網路
大阪大學：利用小型半導體元件實現兆赫波無線數據傳輸的技術
永妻 忠夫
大阪大學研究所基礎工學研究系教授
對於人類而言，電磁波是一座「寶藏」，
目前已經實現了多項通過利用不同頻寬的電磁波來改變時代的技術和服務。
比如，頻率為數百kHz的電波被應用於AM調頻廣播，
數十MHz的電波被應用於FM調頻廣播，數百MHz的電波被應用於電視和手機，
數GHz的電波被應用於無線LAN等，數十GHz的電波被應用於衛星廣播電視等。
而頻率為數十THz以上的紅外線和可見光被應用於光纖通信和照明，
電磁波在人們的生活中不可或缺。
另外，短波長X光在醫療等領域發揮著重要作用。
在這種形勢下，
未開拓的頻寬是頻率為100GHz～10THz、波長為30μm～3mm的電磁波「兆赫波」。
就兆赫波而言，技術上很難製造出可在室溫下工作的高輸出功率小型元件。
在這個「人跡未至的領域」，
有一個研究小組全球首次使用小型半導體元件登上了無線通信的「頂峰」。
這就是羅姆和大阪大學研究所基礎工學研究系教授永妻忠夫組成的研究小組。
該小組2011年11月宣佈，採用將300GHz頻帶電磁波作為載波的無線通信技術，
實現了1.5Gbit/秒的數據傳輸速度。
可同時將共振隧道二極體（RTD：
resonant tunneling diode）作為振盪元件和檢測元件使用，而且是在室溫下實現的。
目前，業界已針對275GHz以下的電磁波劃分了電波使用範圍。
尚未明確規定300GHz頻帶的使用範圍，因此確保大頻寬的可能性很高，
可採用耗電量較小的單純調變方式實現高速數據傳輸。
但是，該頻帶的傳統收發裝置尺寸非常大，而且價格昂貴。
大多需要極低溫等特殊環境。
要在消費產品領域實現實用化，必須有小型、簡便且能夠在室溫下工作的振盪元件。
實現1.5mm×3.0mm的小型元件
2011年11月羅姆和大阪大學發佈的兆赫波（300GHz頻帶）共鳴隧道二極體（RTD）。
（點擊放大）
RTD是具備量子井構造的二極體。
向其施加高於量子井「共振能級」的電壓（一定範圍）時，
會發生電流值隨著電壓值的增大而降低的「負性電阻」現象，從而發射電磁波。
此次研究小組通過在磷化銦（InP）基板上共計層疊9層InGaAs或AlAs半導體層製成了RTD。
而且，還通過在InP基板上集成提高了放射效率及指向性的天線，
實現了1.5mm×3.0mm的小型元件，並成功將振盪時的功耗降至10mW。
而原來的收發裝置的尺寸為20cm 見方，進行100Mbit/秒的數據傳輸時功耗達到了數W。
RTD具備的特點是，通過向元件施加不同的電壓，
可使同一元件在振盪元件和檢測元件之間切換使用。
檢測元件還具有靈敏度高的特點，與原來的肖特基勢壘二極體（SBD）型檢測器相比，以1/20的天線增益實現了4倍的檢測靈敏度。
此次驗證的無線數據傳輸系統還驗證了能以非壓縮方式無線傳輸 HDTV影像的特性。
利用MgO透鏡提高指向性
最近，
大阪大學的永妻研究室還通過在用作振盪元件的RTD上
安裝由氧化鎂（MgO）組成的基板和透鏡，成功將發射兆赫波的方向鎖定為一定方向，
從而提高了天線增益。數據傳輸速度方面，收發時提高到了2.5Gbit/秒，
僅接收時提高到了5.5Gbit/秒，而且是在誤碼率（BER）低於 10～11的情況下實現的。
右為採用最近開發的發送模組來傳輸HDTV影像數據的演示。
左為發送模組的放大圖，採用MgO透鏡實現了高增益發射。（點擊放大）
2012年中期其他研究小組也宣佈成功實現了利用RTD的500GHz頻帶數據傳輸，
但在數據傳輸速度達到1Gbit/秒時，BER值高達10-10，
在數據傳輸速度為3Gbit/秒時，BER值高達10-4。
BER較高的話，就需要採用除錯電路等其他措施。
羅姆和大阪大學在不需要除錯的BER下實現了較高的傳輸速度，就這一點來看，
二者現在仍然走在兆赫波開拓領域的最前沿。
■相關報導
【CES 2013】2013年「無線」將會更興盛?
NE日本無線技術獎10項候選出爐，從東北到四國遍地開花
線技術最新趨勢（四）：無線供電篇
■日文原文
走行中のEVにワイヤレス給電、テラヘルツ波の通信活用も http://techon.nikkeibp.co.jp/article/COLUMN/20130315/271332/
———————————————————————————-