太赫茲波在電磁波*的分類中,位于微波、毫米波等“電波”和可見光等“光”之間(圖1)。通常,其頻率范圍是100GHz-10THz(太赫茲),波長范圍是3mm-30μm左右,就是指電波和光重疊的區域。
太赫茲波可以說是接近于光的一種電波,具有穿透物質或被物質吸收的特性。有觀點認為,可以利用該特性測量出光吸收類型,并根據光吸收類型,將太赫茲波應用于廣泛領域中的傳感和成像等方面,包括從分析物質成分到使用無人探測器探索行星。另外,太赫茲波的另一大特點是,其能量低于可見光,所以沒有X射線之類的輻射風險,不需要管理資格。由于它對人體無不良影響,所以也可以活用在安全檢查方面,例如在機場入口等公共場所,檢查在場人員是否攜帶武器或可疑物品。
*電磁波:與運動和熱量一樣,是一種能量形態。是指電場(電力作用的空間)和磁場(磁力作用的空間)一邊變化一邊進行傳播的一種波。
圖1 太赫茲波在電磁波(電波、光)中的區域
在5G中,使用的是比4G通信速度高且在較少的基站中可廣范圍接收電波的Sub6(3.7GHz/4.5GHz),以及通信速度比Sub6大約快16倍的通信區域狹小的毫米波(28GHz/39GHz)。在B5G/6G中,預計也會根據不同用途,區別使用不同頻帶的電波,以達到高效使用。
如上所述,太赫茲波在用于檢測和分析物質的設備上得以活用,目前正在研究的是,未來使用太赫茲波的通信網絡去檢測物體和人體,也就是將網絡本身作為傳感器進行活用的“遙感”技術。
紅外線和LiDAR作為一項利用了光和電波的反射的遙感技術,目前已被用于汽車等設備中。另一方面,太赫茲波作為接近光的一種電波,我們期待它能同時具備更廣范圍的傳感性能和高速大容量的數據通信性能。比如,還有一種構想是,就像穿透型傳感器或活用空間分辨率進行成像的圖像傳感器那樣,根據太赫茲波的穿透和吸收等特性,將多個基站構成的無線網絡加以活用。
如果使用由地面基站組成的太赫茲波無線網絡的遙感技術得以實現,我們就能夠更迅速地獲取到例如天氣、交通量、道路障礙物和人流等的詳細信息。或者從遙感通信終端的傳感器上獲取大數據,AI(人工智能)就可以根據大數據,實現更詳細地預測交通堵塞和人流擁擠狀況并選擇路線進行回避的性能。另外,由于遙感技術可以檢測出有人入侵場地,所以同時也具備安全防范傳感器的性能等,可用于多種用途。
太赫茲波容易被水吸收的特性在一些方面仍存在課題,但也有觀點認為,該特性同時也可用于天體上微量水分的探查。在地面上,可以通過水分引起的電波傳播衰減來感知雨量,因此可以更低延遲并高精度地獲取局部降雨等氣象信息。
綜上所述,使用太赫茲波網絡同時發揮通信和傳感功能,將會成為實現超智能社會的關鍵一步。
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