220GHz短程无线通信系统的设计与搭建

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)电子科技大学物理电子学院 作者:曹 磊

  设计与搭建了工作在220GHz的短程无线模拟通信系统与数字通信系统,通信距离为0.6m。在模拟通信系统中,实现了音频信号(WAV格式)的实时传输与接收,达到了理想的播放效果。在数字通信系统中,实现了对文件(图片、音频、视频等)的加密、格雷编码、格雷解码与解密,由于受制于采集卡采样速率的硬件限制,实现的最大数据传输速率为1Mbit/s。

  太赫兹辐射(Terahertz Radiation)或太赫兹波(Terahertz Wave),简称太赫兹(THz)(1THz=1012 Hz),是指频率在0.1~10THz(波长在0.03~3mm)之间的电磁波。太赫兹在电磁频谱中位置处于微波与远红外波之间的特殊位置,正是电子学向光子学、宏观经典理论向微观量子理论的过渡领域,因而它集成了微波通信与光通信的优点。相对于微波通信,太赫兹通信具有传输容量大、方向性好、保密性及抗干扰能力强以及波长更短,天线的尺寸可以做的更小的优点。相对于光通信,太赫兹通信具有光子能量低、能量效率更高、穿透沙尘烟雾能力强的优势。

  太赫兹波在中短距离高容量无线通信中有很大的应用潜力,其中室内无线安全接入和高速短距离无线互联通信是太赫兹超宽带无线通信的两个发展方向,可望提供固网和移动网的高服务宽带多媒体10GB/s左右的无线业务。同时由于太赫兹是人类尚未完全认知与利用的最后一个频段,尚未分配执照,所以太赫兹无线通信系统具有极大的研究价值。

  本文采用低频调制倍频(内调制)的工作方式,搭建了220GHz的短程无线模拟通信系统与数字通信系统,发送端与接收端的距离为0.6m,在实验中实现了模拟音频信号的实时传输与接收,数字通信系统受制于采集卡采样速率的硬件条件,实现最大数据传输速率1Mbit/s。

1、实验系统设计与实现

  图1给出了整个实验系统图,从左往右依次为电脑、采集卡、信号发生器(Signal Generator)、24倍频器、发射波导天线、接收波导天线、前置功率放大器、示波器。传输距离大于2张A4纸距离,经测量为0.6m。

实验系统图

图1 实验系统图

  1.1、无线模拟通信系统设计与实现

  在发射端,通过LabVIEW程序读取WAV 格式的音频文件,将信号分离处理后,发送至信号发生器,在基频9.16667GHz上进行信号调幅,然后24倍频至220GHz,再通过波导天线发射,其框图如图2所示。

AM 发射端结构框图

图2 AM 发射端结构框图

2、总述

  本文分别设计与搭建了工作在220GHz的短程无线模拟通信系统与数字通信系统。在发送端与接收端相距0.6m 的条件下,采用低频调制倍频(内调制)的工作方式,分别实现了模拟音频信号和数字信号在两个通信系统中的有效传输,在接收端得了理想的接收信号。

  在模拟通信系统中,由于实验室机器噪声和检波器的高频响应度不是特别好,导致在高频信号略有失真,但对播放效果影响不大。在数字通信系统中,系统的传输速率受制于采集卡的采集速率只有1Mbit/s的硬件条件,最大可达1Mbit/s。在目前太赫兹源尚未发展成熟的情况下,通信距离受制于前置功率放大器的有效放大倍数。

  我们下一步工作是在硬件条件满足的情况下,在ASK通信方式上实现更高速率、更大距离的太赫兹无线通信。

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