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我们都知道，太赫兹能够提供一些在射频和微波频段下无法实现的独特（和非常有吸引力）的能力。该行业已经开始在电磁频谱中这一相对未触及的领域取得了重大进展，经历70多年的时间才走到这一步是有实际原因的。

什么是太赫兹？

Tera是公制的一个单位前缀，表示乘以一万亿（即1012）。它的前面是giga（表示十亿，即109），后面是peta（表示千万亿，即1015）。

在微波工程中，这些术语一般只在提到频率时使用（如吉赫兹、太赫兹和皮赫兹）。计算机工程师在提到数据存储时，也会使用这些术语（如千兆字节、太字节和千万亿字节）。

太赫兹（缩写为THz）定义的频率范围一般为300-3000GHz（或者0.3-3THz）。刚好低于太赫兹的频段被称作毫米波，其频率范围为110-300GHz，波长为1-10mm（因此被称为毫米波）。同样地，太赫兹也被称为亚毫米波，波长为0.1-1mm。

太赫兹还有一些其他的名称，包括以下名称：

• 极高频（THF）

• 1,000GHz

• T-waves

• ITU 波段12

• 近毫米波

• 极远红外线

在电磁频谱中，太赫兹频段往上是光波。红外线的频段大约在0.3-430THz。光学工程师使用透镜、滤光片、反光镜、分束器、偏振器以及其它装置，就像微波工程师所做的那样，但是其处理的光束的频率较低。使得太赫兹如此复杂艰涩的部分原因是，它处在对于微波工程师来说不自在的高频范围，对于光学工程师来说不自在的低频范围。

整个频谱都遵循经典的波理论。为了简化这些复杂的方程，方程的极限是相对于频率而言的。对于直流和模拟频率，将其极限简化为频率接近0。对于光学，将其极限简化为频率接近无穷。这就是为什么射频和微波方程通常要比直流、模拟和光学方程复杂得多。

注解

太赫兹的应用

与微波频率相比，太赫兹具有更高的空间分辨率（想想看，就像电视屏幕上的像素密度更高）。将其用于探测隐藏的物质是非常有吸引力的。太赫兹光谱学可以在离目标几米远的位置处，确定物质的组成。

光谱学是将一种物质的辐射光谱与已知材料库进行比较，从而确定两者是否匹配的过程。通过物质反射的波、传播的波以及被吸收的波，能够唯一地识别出该物质。如今，太赫兹扫描仪用于探测被隐藏的爆炸物和毒品。

不同于与紫外线和X射线，太赫兹是非电离的，所以将其用于人体或者活体组织检查是十分安全的。敏感的电子器件，如半导体，可能会被电离的X射线损坏。太赫兹成像仪可用于损伤探测且不会增加风险。

由于太赫兹波对金属材料的强反射特性，而且对人体是安全的，因此，太赫兹扫描仪被广泛用于机场安检，用来探测危险武器。当前，机场人体扫描仪是位于X射线行李带旁边的大型圆柱腔体。注解

在地球的大气层中，太赫兹的传播距离不超过10m左右（显然，这随辐射功率水平而变化）。太赫兹波在雾和云中传播时，将产生显著的衰减，因此太赫兹波不适用于任何形式的远距离探测或通信。此外，太赫兹不能穿透水或者金属。

在一个相对较小的区域内，太赫兹确实存在一些军事应用，包括以下内容：

• 短距离安全通信；

• 高速数据传输；

• 化学或者生物制剂探测；

• 战场6G通信；

• 反隐身雷达；

• 敏感飞机部件的探伤检测；

• 星载通信。

太赫兹与微波

为了把太赫兹技术放在与微波工程相关的背景下，下图比较了典型的微波元件尺寸与高频的波长的关系。

自由空间波长与频率的关系，图中给出典型微波元件尺寸供参考。

在太赫兹范围内（图中阴影区域），由于元件尺寸与波长具有相同的大小，因此图线变得十分拥挤。正如我们所讨论的，微波元件的尺寸应该远小于该元件工作频段的波长。否则，可能会产生一个驻波在元件自身内部传播，从而使得元件实际上是无用的。

例如，在X波段（8-12GHz），0201封装的尺寸大概是其工作波长的五十分之一。相对于工作波长来说，其封装尺寸是很小的，从而使得其对信号传播的影响很小。然而，在1THz频点处，相同的0201封装的尺寸是波长的两倍。微波元件的性能很大程度上是由封装尺寸所决定的。

在太赫兹频段处，为了使元件发挥作用，元件尺寸要比如今所使用的缩小很多倍。当然，这是微波行业研究和发展的重要领域。

目前，最小的商业化SMT是008004封装，其封装尺寸为，长0.25mm，宽0.13mm，比0201封装缩小五倍多。