太赫茲通信技術(shù)的研究與展望

楊靜娜

（中達(dá)安股份有限公司，廣州 510620）

太赫茲波波長(zhǎng)在30μm-3mm之間，這一技術(shù)是國(guó)內(nèi)外高新技術(shù)研究重點(diǎn)，能在多個(gè)領(lǐng)域中發(fā)揮重要應(yīng)用價(jià)值，可為無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸提供技術(shù)支持。太赫茲波能穿過(guò)非金屬或非極性材料，能很好分辨毫米波。并且太赫茲通信有著方向性好、容量大和保密性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用在軍事戰(zhàn)爭(zhēng)中，能保證戰(zhàn)場(chǎng)信息實(shí)時(shí)傳輸，保證信息準(zhǔn)確性和時(shí)效性。

1 太赫茲波通信技術(shù)的研究

1.1 太赫茲波輻射源技術(shù)

針對(duì)太赫茲輻射源技術(shù)的研究，可從光子學(xué)輻射源和真空電子學(xué)輻射源等多個(gè)角度出發(fā)進(jìn)行分析，其中光子學(xué)輻射源產(chǎn)生途徑相對(duì)豐富，包括非線(xiàn)性差頻、紅外光泵浦以及超短激光脈沖等多種。當(dāng)前已經(jīng)發(fā)展得到較多以激光脈沖為基礎(chǔ)的輻射源，包括非線(xiàn)性差頻、光導(dǎo)天線(xiàn)和光整流等[1]。

另外，真空電子學(xué)輻射源主要有太赫茲回旋管、納米調(diào)速管和電子器件等。其中納米調(diào)速管將納米技術(shù)、電子器件加工技術(shù)結(jié)合起來(lái)，可制作出電壓低、輸出功率的太赫茲波輻射源。太赫茲回旋管可在高傳輸頻率下產(chǎn)生較高功率，例如，美國(guó)研制出的太赫茲回旋管能達(dá)到數(shù)百瓦的輸出功率，能保證通信系統(tǒng)正常運(yùn)行。

1.2 太赫茲波信號(hào)調(diào)制技術(shù)

2012年，諾特丹大學(xué)研制出基于石墨烯的太赫茲調(diào)制器，能實(shí)現(xiàn)較大頻率范圍內(nèi)的太赫茲波調(diào)制，確保信號(hào)符合信道傳輸要求，與之前太赫茲調(diào)制器相比，新研制的寬帶調(diào)制器的信號(hào)處理能力明顯加強(qiáng)[2]。現(xiàn)階段，美國(guó)從電磁波替代電流信號(hào)的角度出發(fā)，旨在研制出功能性好的信號(hào)調(diào)制器，實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)良好發(fā)展。具體來(lái)說(shuō)，太赫茲調(diào)制技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，可促進(jìn)太赫茲通信系統(tǒng)發(fā)展，在提高傳輸速率的情況下，實(shí)現(xiàn)信號(hào)有效應(yīng)用。另外，選用人工復(fù)合煤質(zhì)進(jìn)行信號(hào)調(diào)制，可做到對(duì)電壓幅值的調(diào)制，有著重要現(xiàn)實(shí)意義。

1.3 太赫茲波信號(hào)探測(cè)技術(shù)

在進(jìn)行太赫茲波信號(hào)探測(cè)技術(shù)研究時(shí)，可從時(shí)域光譜探測(cè)技術(shù)著手來(lái)研究，常見(jiàn)的光譜探測(cè)技術(shù)包括光電相關(guān)探測(cè)技術(shù)、電光探測(cè)技術(shù)等。其中前者指的是依靠探測(cè)光在導(dǎo)體上產(chǎn)生的電流和太赫茲波對(duì)應(yīng)電場(chǎng)呈現(xiàn)正比的特點(diǎn)，測(cè)定瞬間電場(chǎng)，達(dá)到準(zhǔn)確的探測(cè)結(jié)果。電光探測(cè)技術(shù)是指將激光器產(chǎn)生的激光脈沖分開(kāi)來(lái)，較強(qiáng)的光束會(huì)成為泵浦光，使得發(fā)射器發(fā)出電磁波。

2 太赫茲波通信技術(shù)應(yīng)用展望

2.1 寬帶通信與高速信息網(wǎng)

在太赫茲通信技術(shù)作用下，可達(dá)到較高的信號(hào)傳輸效率，并且不容易出現(xiàn)信號(hào)失真的現(xiàn)象，帶寬寬且方向性較好，是應(yīng)用效果顯著的信號(hào)傳輸載體，可在通信信號(hào)高速傳遞下，確保信號(hào)應(yīng)用價(jià)值的實(shí)現(xiàn)?；谔掌澋耐ㄐ畔到y(tǒng)，能支持衛(wèi)星間和局域網(wǎng)內(nèi)的信息傳輸，體現(xiàn)出較好應(yīng)用性。

2.2 寬帶無(wú)線(xiàn)的接入

通信業(yè)務(wù)的多樣化發(fā)展，使得人們對(duì)無(wú)線(xiàn)通信有更高期望，通過(guò)寬帶無(wú)線(xiàn)的接入，能實(shí)現(xiàn)室內(nèi)通信系統(tǒng)優(yōu)化建設(shè)，確保信號(hào)傳輸質(zhì)量和效率，為人們?nèi)粘Ｉ钐峁┍憷?。大?shù)據(jù)時(shí)代下，人類(lèi)各項(xiàng)生產(chǎn)活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生大量信息，為了實(shí)現(xiàn)信息利用價(jià)值，需要合理利用太赫茲通信技術(shù)，能做到信息有效傳輸。當(dāng)前多媒體相關(guān)業(yè)務(wù)的帶寬已經(jīng)發(fā)展到GHz的程度，要想保證多媒體業(yè)務(wù)順利開(kāi)展，還需要利用新型無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)。太赫茲波帶寬寬、頻率高等特點(diǎn)，能滿(mǎn)足信號(hào)傳輸對(duì)帶寬的要求，從這一角度來(lái)看，將寬帶無(wú)線(xiàn)接入到通信系統(tǒng)中，是太赫茲通信應(yīng)用新趨勢(shì)。

2.3 高速短距離通信

考慮到水蒸氣對(duì)太赫茲波的影響，通常選擇將太赫茲波信號(hào)傳輸技術(shù)應(yīng)用在短距離通信中，傳輸頻率較高。并且輻射有一定方向性，能應(yīng)用到軍事戰(zhàn)爭(zhēng)中的保密通信中。研究表明，基于太赫茲通信技術(shù)建立的通信系統(tǒng)，可支持2-5km范圍內(nèi)的保密通信，為通信領(lǐng)域發(fā)展提供有效途徑。

2.4 光纖載太赫茲波無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)

當(dāng)太赫茲波傳輸時(shí)，會(huì)被水蒸氣吸收部分信號(hào)，但傳播距離較長(zhǎng)時(shí)，會(huì)造車(chē)較大的太赫茲波損耗，并且傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的輻射會(huì)威脅人體健康。因此，為了實(shí)現(xiàn)太赫茲波在無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)中的良好應(yīng)用，需要建立起用來(lái)進(jìn)行光線(xiàn)和太赫茲波相互轉(zhuǎn)換的光纖載太赫茲波通信系統(tǒng)，同樣是太赫茲通信未來(lái)應(yīng)用重點(diǎn)方向。

2.5 空間通信

空間通信領(lǐng)域中太赫茲通信技術(shù)的應(yīng)用，是該技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的體現(xiàn)。太赫茲波下的信號(hào)傳輸，可確保信號(hào)傳遞質(zhì)量，這一技術(shù)應(yīng)用下，能使得空間通信同時(shí)具備微波通信和激光通信等優(yōu)點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)信息資源的充分利用。太赫茲通信帶寬相較于其他通信技術(shù)來(lái)講較寬，這就能保證信號(hào)全面接收，并且不容易受到外部影響因素干擾。

與微波通信相比，太赫茲波通信系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)小型化，滿(mǎn)足空間通信實(shí)際要求，確保信號(hào)傳遞有效性。因?yàn)樘掌澩ㄐ啪哂幸陨咸攸c(diǎn)，使其在衛(wèi)星空間通信中有較好適用性，可實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星之間以及星地之間信息網(wǎng)絡(luò)的良好構(gòu)建，促使信息高速傳遞。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，太赫茲波通信系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的發(fā)展，已經(jīng)展現(xiàn)出重要的應(yīng)用價(jià)值，能為通信技術(shù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。當(dāng)前太赫茲波無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)部分器件還沒(méi)有完全研制完成，無(wú)法充分發(fā)揮該技術(shù)應(yīng)用價(jià)值，還需要深入研究太赫茲波通信技術(shù)的應(yīng)用。

隨著關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展，勢(shì)必會(huì)對(duì)社會(huì)進(jìn)步起到促進(jìn)作用，將其應(yīng)用到高速短距離通信、空間通信以及軍事保密通信中，可保證各領(lǐng)域無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的良好建設(shè)，進(jìn)一步提高信號(hào)傳輸質(zhì)量和效率。