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太赫茲通信技術簡單介紹_發(fā)展及應用

2018年01月08日 11:14 網絡整理 作者: 用戶評論(0

1、太赫茲通信技術介紹

太赫茲(Terahertz,1THz=1012Hz)泛指頻率在0.1~10THz波段(對應波長為30~3000μm)范圍內的電磁波,介于紅外微波之間。太赫茲波的位置處于宏觀電子學向微觀光子學的過渡階段。以往由于缺乏有效的太赫茲波產生和檢測的方法,因此對太赫茲波的研究較為有限,使其成為電磁波譜研究上的“太赫茲空隙”(TerahertzGap)。太赫茲波在電磁波頻譜中所處的位置如圖1所示。

太赫茲通信技術簡單介紹_發(fā)展及應用

圖1太赫茲波在電磁波頻譜中的位置圖

太赫茲通信技術的快速發(fā)展使得太赫茲通信越來越受到國際各國的關注和重視。

我國在太赫茲通信技術研究方面主要研究機構的相關研究成果見表1。

表1國內太赫茲通信技術相關研究成果

太赫茲通信技術簡單介紹_發(fā)展及應用

2、太赫茲通信的技術特點

由于太赫茲波處在電磁波譜的特殊位置,使其具有很多獨特的技術特點和性質。從頻譜上看,太赫茲波在整個電磁波譜中處在微波與紅外波之間;從光學領域看,太赫茲波被稱為遠紅外射線;從能量上看,太赫茲波段的能量介于電子和光子之間。太赫茲光波不僅擁有與光相同的直進性,還具有與電波相似的穿透性和吸收性。太赫茲波的主要技術特點如下:

(1)太赫茲波的穿透性強

由于太赫茲波自身包含豐富的光譜信息,且具有很好的光譜分辨特性,對很多介電材料與非極性液體具有良好的穿透性。因此,太赫茲波不僅可以作為探測材料性質的檢測工具,還可以作為通信工具在煙霧、沙塵等惡劣環(huán)境下進行通信工作。

(2)太赫茲波的光子能量較低

根據(jù)測量結果,頻率為1THz的太赫茲波僅具有4.1meV的光子能量,約為X射線光子能量的百分之一量級,因此太赫茲波不易對生物組織產生傷害。相比于傳統(tǒng)使用DWDM等技術進行有線光通信而言,太赫茲通信的能量效率更高。

(3)太赫茲通信傳輸?shù)娜萘看?/strong>

相對于微波通信而言,由于太赫茲波的頻段在108~1013Hz之間,比微波通信高出l~4個數(shù)量級,使得太赫茲波的傳輸信息量更大。同時,太赫茲通信與高階的編碼調制技術相結合,可進一步提升無線通信的傳輸容量,滿足大容量傳輸場景的通信要求。

(4)太赫茲波方向性好,保密程度高

由于太赫茲波束比微波更窄,且能夠有效地抑制背景輻射噪聲的影響,因此可以保證信息傳送精度的同時,使太赫茲通信滿足具有更好的保密性能。

(5)太赫茲通信更適合于短距離通信場景

由于強極性液體對太赫茲波有較強的吸收作用,因此太赫茲波在空氣中傳播時,水分子將對其造成傳送損耗,因此太赫茲通信更適合于短距離的通信。

3、太赫茲通信技術的應用

隨著各國研究機構對太赫茲技術的深入研究和突破,太赫茲波在空間通信、安全檢測、生物醫(yī)學和天文觀測等領域均具有重大的科學價值和廣闊的應用。

太赫茲波的主要應用領域如下:

(1)在空間通信方面

在空間通信方面,太赫茲波可以作為高速寬帶的通信載體。太赫茲波通信具有極高的方向性和穿透能力,因此適用于惡劣環(huán)境下的短距離保密通訊,也適用于高帶寬需求的衛(wèi)星通信領域。國際通訊聯(lián)盟已經指定0.12和0.22THz兩個頻段分別用于下一代地面無線通信與衛(wèi)星間通信。

(2)在安全檢測方面

在安全檢測方面,太赫茲波對很多非極性物質有很強的穿透能力,可以進行遠距離探測和高分辨率的成像。在軍事偵察、可疑危險品、有毒有害物品檢測等方面提供技術保證。

(3)在生物醫(yī)學方面

在生物醫(yī)學方面,太赫茲波易被極性分子吸收,光子能量低。因此,太赫茲波可以在生物醫(yī)學領域有眾多的應用場景提供新型的醫(yī)療手段,如醫(yī)療樣品的人體燒傷程度檢測,生物傳感探針治療等。

(4)在天文觀測方面

在天文觀測方面,太赫茲波波段比其他波段具有更低的背景噪聲,同時借助強極性液體對太赫茲波有

較強的吸收作用的特性,可以對宇宙中諸多物質進行探測。太赫茲波也被廣泛地應用于恒星形成、星系演化以及宇宙學等方面的研究領域中。

4、太赫茲通信的發(fā)展趨勢

太赫茲通信的技術研究方向主要有以下幾個方面:

(1)高功率的太赫茲源

目前,太赫茲通信系統(tǒng)的太赫茲源輸出功率通常偏低。太赫茲源的功率高低直接決定了太赫茲通信系統(tǒng)的傳輸距離和信息傳送質量。而且,在保證太赫茲源功率提高的同時,還必須考慮太赫茲源工作穩(wěn)定性、安全性等方面的要求。

(2)調制技術和調制器件的研究

太赫茲通信系統(tǒng)的理論研究相對較多,實際應用的系統(tǒng)較少,且傳輸性能不高。研究和采用適合太赫茲通信傳輸?shù)恼{制技術和調制器件,將大幅提高信號傳輸性能,使其應用場景更為廣泛。

(3)優(yōu)化高靈敏的太赫茲探測技術

不同傳輸環(huán)境對太赫茲通信的探測技術存在不盡相同的影響,因此需進一步研究采用合適、高效的電子處理技術,提高太赫茲探測技術的靈敏度,進一步提高太赫茲通信系統(tǒng)的能力和優(yōu)勢。

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( 發(fā)表人:彭菁 )

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