美國加州大學爾灣分校(University of California-Irvine;UCI)的研究人員日前發表一款毫米波輻射器系統單晶片(SoC),可作為手持式醫療診斷裝置中的發射器元件,讓醫師只需掃描病人的身體,就能像電影《星艦迷航記》 (Star Trek)中麥考依醫生(Bones McCoy)使用「三度儀」一樣進行診斷。

研究人員在日前於美國加州舉行的國際固態電路會議(ISSCC)發表該裝置,它被稱為是至今具有最強大和最高效率G頻(110至300GH)的SoC輻射器。

UCI電子工程和電腦科學教授Payam Heydari表示:「這項獲專利的裝置可應用在包括成像、感測、光譜、雷達以及短距離室內通訊。」Payam Heydari與其研究生Peyman Nazari聯手進行這項研究。

20170214 radiator NT01P1 儘管Heydari實驗的這款輻射器晶片尺寸相當小,但在同類產品中擁有最高的功率和效率(來源:Steve Zylius / UCI)

研究人員們將該晶片稱為SoC,因為它可同時作為諧振器、功率組合器與輻射器,從而免於使用耦合網路和天線緩衝器的一般多晶片設置。藉由實現寬鬆天線與接收機校正,這款尺寸約5.8平方毫米的矽鍺BiCMOS晶片使用超越線性極化訊號的循環極化放射,能以-99.3dBc/Hz相位雜訊達到14dBm的等效全向輻射功率(EIRP)。

Heydari說:「我們發現了一種革命性的想法,利用一種帶有多埠激勵的晶片腔,即可實現極高效率的輻射器。」

20170214 radiator NT01P2 UCI電子工程與電腦科學教授Payam Heydari(左)和研究生Peyman Nazari設計了一種可實現廣泛應用的環形極化輻射元件(來源:Steve Zylius / UCI)

為了達到應用品質的性能要求,諸如區分正常與惡性內部器官的醫療掃描器(傳送其輸出至雲端進行分析並即時診斷)應用,研究人員還必須將該架構擴展到更高的功率陣列。

「我們將利用這個元素來設計輻射器陣列,以實現瓦特級(watt-level)的等效輻射功率,如今這還是一個未被涉及的研究領域,」Heydari說。

20170214 radiator NT01P3 八邊形的多埠環形設計使用基於放大器的開路振盪器驅動孔腔輻射器(來源:UCI)

至於未來,該團隊計劃為醫療以外的特定應用增強其毫米波長(THz)輻射,例如物聯網(IoT)裝置可用於分析建築物骨架、重型設備故障、無人駕駛車危險偵測,以及車對車通訊等。

該研究資金由三星先進技術學院(Samsung Advanced Institute of Technology)全球研究計劃贊助。

編譯:Susan Hong

(參考原文:SoC Could Power Star Trek-like Medical Scanner,by R. Colin Johnson)