太赫兹射频器件与集成技术研究

无线通信、探测感知、安全检测、人工智能等民用和国防电子信息技术的不断快速发展与演进,对太赫兹(0.1～1 THz)技术提出了越来越迫切的应用需求。太赫兹波段具有丰富的频谱带宽资源,其宽带特性可以支撑未来6G高速率通信、新一代高分辨雷达系统性能的实现。同时,太赫兹通信和探测必须克服高频率、短波长所带来的高传播路径衰减、激增的无源器件与互连损耗以及有源器件功率生成和效率难题。本文将回顾太赫兹射频器件与集成技术的发展现状,阐述上海交通大学团队通过新型无源、有源器件与天线及其先进封装等技术方法,整体提升太赫兹前端系统性能的相关研究进展。     

基于电磁理论和热力学方法的太赫兹波空-天-地-海衰减模型

太赫兹(Terahertz, THz)频段(0.1～10 THz)可以提供数十GHz的连续带宽,以实现6G通信系统中的天地一体化网络(Space-Air-Ground Integrated Network, SAGIN)。然而,太赫兹波与SAGIN中信道介质的相互作用仍然是一个谜。太赫兹波在太空-大气-地表-海面(空-天-地-海)信道中所遭受到的吸收和散射效应可被建模为太赫兹光子与介质粒子的碰撞过程,在此基础上结合电磁理论和热力学方法提出了通用的太赫兹波空-天-地-海衰减模型。相比已有模型,该模型考虑了各类粒子(包括凝聚态粒子、单个分子和自由电子)所导致的衰减效应,涵盖了太赫兹波在传播过程中所能遇到的衰减效应。基于该模型对太赫兹波在大气和外层空间的传播损耗进行数值计算,计算结果表明,除自由空间损耗(Free-Space Path Loss, FSPL)外,其他衰减效应在50 km以上的大气都可以忽略不计,而在50 km以下的大气中则需要考虑这些衰减效应。     

太赫兹无线信道的测量、建模和分析

太赫兹通信有望成为第六代移动通信网络的关键技术之一。为实现太赫兹通信,对太赫兹无线传播信道的研究不可或缺。首先,介绍了3种主要的太赫兹信道测量方法,包括基于矢量网络分析仪的频域信道测量、基于滑动相关的时域信道测量和基于太赫兹脉冲的时域信道测量;其次,对现有的信道建模方法进行了介绍和分析,包括确定性建模、随机建模和混合建模方法;然后,基于现有的太赫兹信道测量结果,分析总结了太赫兹频段的信道特性;最后,阐述了太赫兹无线信道领域潜在的研究方向。     

专题导读

随着智能移动设备的不断普及以及新兴移动宽带应用的快速发展,激增的流量需求与紧缺的频谱资源间的矛盾愈发尖锐。据国际电信联盟的ITU-RM.2370-0报告估计,2030年全球移动用户数量将达到171亿,而2020年至2030年全球国际移动通信流量将增长10~100倍。这对于仅能实现Gbit/s的5G毫米波数据传输而言,几乎是极限。此时,具备海量频谱资源的太赫兹(THz)频段(0.1~10 THz)跃入了研究人员的视线。     

氢氧化镁晶须制备表征及改性研究

以碱式硫酸镁晶须(MHSH)和氢氧化钠为原料通过水热合成法制备出氢氧化镁晶须。实验确定了制备氢氧化镁晶须的适宜条件:n(碱式硫酸镁晶须)∶n(氢氧化钠)=1∶2,反应温度为200℃,反应时间为3 h,碱式硫酸镁晶须料浆质量分数为4%,氢氧化钠浓度为0.3 mol/L。对氢氧化镁晶须进行扫描电镜、X射线衍射及热分析得出,制备的氢氧化镁晶须为扇状,直径为1～2μm,长度为100～200μm,长径比为100～200。利用硅烷KH-550、硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸钠、油酸钾等表面改性剂对氢氧化镁晶须进行表面改性。结果表明:用油酸钾作表面改性剂,在氢氧化镁晶须料浆质量分数为5%、改性时间为30 min、改性温度为90℃、油酸钾用量为5%(质量分数)条件下可获得较好的改性效果,改性后晶须的活化指数达到99.48%。     

Fenton试剂的特性及废水处理的应用研究进展

文章对Fenton催化氧化反应机理和影响Fenton反应过程的因素研究进行了分析总结,对Fenton氧化法的几种演变进行归纳,并对Fenton氧化法在各种类型废水中的应用做了阐述。展望了未来Fenton氧化法的发展趋势。     

一种改进的鲁棒数据校正方法

鲁棒数据校正方法能有效得进行数据协调和过失误差侦破。然而,当泄露、积累等问题导致模型不准确时,传统的鲁棒数据校正技术无法得到满意的结果。针对这种情况,本文对鲁棒数据校正技术做了改进,将相对残差大于临界值的等式约束变为不等式约束,同时将原来等式约束的相对残差加入到鲁棒目标函数中,使得该方法适用于过程模型不准确的情况。实例运算表明,本文提出的方法对模型准确或者模型不准确的情况都有较好的数据校正结果。