太赫兹波通信技术研究现状及展望

太赫兹波是介于微波与光波之间的尚未被完全开发利用的频段,基于太赫兹波的通信技术将是下一代通信技术的重点发展方向,并具有广阔的应用前景。首先介绍了太赫兹波通信的基本特性、太赫兹波通信系统的架构组成、以及太赫兹波通信的关键技术,然后对国内外太赫兹波通信的辐射源技术、信号调制技术、信号探测技术以及通信系统的研究进展情况进行了重点阐述,最后对太赫兹通信技术研发过程中面,l盏的困难进行了分析,并对未来太赫兹波通信技术的应用进行了展望。     

基于半模基片集成波导的片上小型化太赫兹滤波器

为了满足片上太赫兹(THz)通信系统的需要,并验证硅锗双极-互补金属氧化物(SiGe BiCMOS)工艺应用于太赫兹无源器件的性能,设计了一款小型化带通滤波器。该滤波器通过在半模基片集成波导(HMSIW)上加载互补开口谐振环(CSRR)来实现小型化和滤波特性。采用商业电磁仿真软件对滤波器结构进行优化,滤波器的最终尺寸为800μm×360μm。仿真结果表明:滤波器中心频率为140 GHz,带宽为5%,最小插入损耗为2.6 dB。低插入损耗和小型化使得该滤波器适用于片上太赫兹通信系统。     

近太赫兹频段功率源技术发展与应用

太赫兹辐射源是太赫兹技术应用的基础。简要介绍了太赫兹辐射源的类型和发展现状,重点论述了近太赫兹频段功率器件,主要包括折叠波导行波管、扩展互作用速调管、回旋管、返波器件等。分析了不同应用场景对太赫兹功率器件的需求,论证相关器件在雷达、预警探测、航天测控等国防装备领域系统的应用。     

基于3-D打印技术的新型微波/毫米波无源波导器件

综述了近年来基于多种3-D打印工艺的微波直至太赫兹频段无源波导器件的发展研究现状,并介绍了作者所在小组研制的多个基于立体光刻3-D打印工艺的滤波器(包括基于新型高Q值单模和双模球形腔体谐振器的X频段带通滤波器以及基于裂缝波导和紧凑片上结构的W频段带通滤波器).这些滤波器射频性能的测量与仿真结果吻合良好.与相同形状的铜制器件相比,采用非金属材料的3-D打印器件的重量减轻了80%以上,并保持了优良的射频性能.     

太赫兹波导发展现状与展望

太赫兹波具有良好的穿透性、低能性和宽带性,在高速空间通信、环境监测、外差探测、医学探测、无损检测和国防安全等领域具有重要的应用前景。波导传输技术和功能器件是太赫兹系统不可或缺的重要组成部分,太赫兹波导的性能决定了太赫兹系统的信号传输效率和集成度,引起人们的研究兴趣。近年来,太赫兹波导的发展取得了长足的进步,从普通的金属空心波导到金属线波导、介质光纤,再到最近的人工表面等离激元波导、石墨烯、铌酸锂等新型波导,它们展现出了各自的优势,令人振奋。该综述全面介绍了太赫兹波导领域的发展及研究近况,并对其未来应用进行了展望。     

太赫兹波导研究进展

太赫兹技术在下一代通信、生物成像、质量监测等领域应用潜力巨大,高品质太赫兹波导的研制使轻量化、小型化太赫兹系统成为可能,是推动太赫兹技术发展的关键。本文根据不同基材,将太赫兹波导分为金属波导、聚合物波导及复合波导,对其发展情况进行梳理,并对太赫兹聚合物波导这种高柔性、低成本导波技术进行重点介绍,讨论其不同的导光机制;最后对太赫兹导波技术进行了总结,并针对制约太赫兹波导商品化推广应用的瓶颈问题进行了初步探讨。     

太赫兹矩形波导与共面波导耦合结构设计

太赫兹（THz）波位于微波与红外光波之间,现有微波和光波段波导技术应用正在向THz波段拓展。但是,由于水汽对THz波的强吸收及制造工艺等原因,THz器件主要是平面结构,而THz源及其传输需要用矩形波导。因此,矩形波导与共面波导之间的转换结构成为决定元件和系统性能的关键部分。该设计利用脊波导进行阻抗匹配及电磁场模式转换,实现THz波矩形波导到共面波导的高效率耦合。结果表明,在0.2~0.4 THz频段内,该转换结构的传输系数(S₂₁)高于?3 dB,可以对THz电磁场进行高效率转换。该结果可用于太赫兹分子探测、太赫兹通信等领域,为0.2 THz以上太赫兹的模式转换提供了一种可行方案。     

高速长距离太赫兹通信系统研究现状与难点综述

随着低频段频谱资源日益紧张,无线通信载波频率开始向太赫兹频段发展,近年来太赫兹通信系统成为研究热点之一。围绕高速率长距离太赫兹通信系统,对比全电子学和光电子学2类太赫兹通信系统架构,介绍2类不同架构通信系统的国内和国外研究现状,总结全电子学和光电子学通信系统的优缺点,分析太赫兹通信系统的技术难点问题,为高速长距离太赫兹通信技术的发展提供参考。     

基于合成技术的毫米波太赫兹固态功放研究进展

随着下一代通信和装备向着更大带宽和更高精确度的方向发展,毫米波太赫兹频段成为微波技术研究的重点方向。发射功率是太赫兹系统中的关键指标,功率的大小直接决定了系统的作用距离。近些年来,毫米波太赫兹频段的固态功率器件取得了显著进步,推动了国内外太赫兹固态功率放大器的工程实现。本文介绍了国际上毫米波太赫兹频段功率合成技术和固态功放的研究现状,以及我国特别是南京电子器件研究所在W波段与G波段基于径向功率合成技术、矩形波导合成技术以及硅基波导合成技术的固态功放模组的最新研究进展。     

基于太赫兹半导体量子阱器件的光电表征技术及应用

光电表征技术是太赫兹应用技术的重要基础,涵盖了太赫兹频段光电器件表征、光谱测量、光束改善以及通信和成像应用等多个方面,在太赫兹应用领域中发挥着重要作用。介绍了太赫兹频段两种半导体量子器件的工作原理和最新进展,综述了二者在太赫兹脉冲功率测量、探测器响应率标定等光电表征技术中的应用及其在太赫兹快速调制与探测、太赫兹扫描成像系统中的应用,最后介绍了太赫兹光电表征技术的改善,包括激光源光束质量改善和探测器有效探测面积的提高方法等,并给出了器件及表征技术的潜在应用。     

WR-2.8 Band Micromachined Rectangular Waveguide Filter

A WR-2.8 band bandpass rectangular waveguide filter is designed and microfabricated, in order to satisfy the demand of our WR-2.8 band communication system under development. The filter is a seven-pole waveguide filter. It is designed by classic network synthesis methods and HFSS optimization, and manufactured by microfabrication processes, such as silicon deep reactive ion etching (DRIE) and bonding. An improved microfabrication process is presented, considering the drawbacks of our previous works in D-band and G-band micromachined rectangular waveguide filters. Tests are conducted on a measurement platform constructed by ourselves. The measured minimum insertion loss can be less than 1 dB, the bandwidth is about 20 GHz, and the out-of-band isolation is larger than 30 dB @ 10% relative bandwidth. The measurements demonstrate the feasibility and consistency of the improved process and this process provides an effective way for terahertz waveguide devices fabrication.     

基于脊波导结构的太赫兹超宽带双工器设计

在射电天文领域,为了实现更宽频带内多谱线同时观测任务,要求太赫兹超导相干接收机向更宽带方向发展。针对下一代太赫兹超宽带接收机的应用需求,提出了一种频段覆盖180~ 420 GHz(相对带宽达87%)的超宽带脊波导双工器设计,主要包括：180~300 GHz频段和320~420 GHz频段宽带脊波导滤波器设计与变换;超宽带太赫兹多级耦合型脊波导双工器优化设计。仿真结果表明该结构能够在180~300 GHz和320~420 GHz频段双工工作,回波损耗整体优于15 dB,通道间隔离度达20 dB以上。     

太赫兹波导多通道滤波器的研究

研究了一种基于多模共振的多通道太赫兹波导滤波器。在太赫兹周期结构波导中引入缺陷,可以在禁带范围内形成通带,从而实现窄带滤波。通过数值模拟对多通道滤波器的特性进行了研究。结果表明,通过改变缺陷长度可以实现通道数可调的多通道滤波功能,通道数可达10~12个,透过率均在98%以上。此外,改变波导结构的周期个数,还可实现对通带带宽的调控,最窄带宽可达0.01 GHz。该波导滤波器性能优良,具有结构紧凑、易于集成、透过率高、通道多、带宽窄等优点,为太赫兹波段功能器件的研制提供重要的技术参考。     

太赫兹射频器件与集成技术研究

无线通信、探测感知、安全检测、人工智能等民用和国防电子信息技术的不断快速发展与演进,对太赫兹(0.1～1 THz)技术提出了越来越迫切的应用需求。太赫兹波段具有丰富的频谱带宽资源,其宽带特性可以支撑未来6G高速率通信、新一代高分辨雷达系统性能的实现。同时,太赫兹通信和探测必须克服高频率、短波长所带来的高传播路径衰减、激增的无源器件与互连损耗以及有源器件功率生成和效率难题。本文将回顾太赫兹射频器件与集成技术的发展现状,阐述上海交通大学团队通过新型无源、有源器件与天线及其先进封装等技术方法,整体提升太赫兹前端系统性能的相关研究进展。     

非相干光子辅助太赫兹通信系统综述

太赫兹通信技术以其丰富的频谱资源已成为未来6G移动通信实现“通信全频谱”的关键候选技术。由于结构简单、易集成、低成本和低功耗等独有优势，基于包络检波方式的非相干光子辅助太赫兹通信系统受到研究者们的广泛关注与青睐。本文在总结非相干光子辅助太赫兹通信系统的结构、特点及其涉及的关键技术的基础上，介绍了近几年来国内外有关太赫兹包络检波器和基于包络检波器的非相干光子辅助太赫兹通信系统的研究现状和突出成果。此外，还对基于幅度调制和基于同相正交(IQ)调制的非相干光子辅助太赫兹通信系统分别进行了详细的论述，并比较了各自的优缺点。最后，展望了未来面向6G的非相干光子辅助太赫兹通信系统及其关键器件的发展方向。     

140 GHz关键射频组件研究

在基于超外差体制的太赫兹无线通信系统接收机和发射机中,混频器、滤波器和本振源是决定系统性能的关键器件。本文分别针对基于肖特基二极管技术的140 GHz次谐波混频器、基于微机电系统（MEMS）体硅工艺的140 GHz带通滤波器和V波段毫米波本振倍频源的仿真设计和关键工艺开展了研究。测试结果表明：140 GHz次谐波混频器单边带转换损耗为26 dB,140 GHz带通滤波器的带内插损为8 dB,V波段毫米波本振倍频源最大输出功率大于50 mW（63.2 GHz~67.2 GHz）。