本申請(qǐng)涉及無(wú)線通信，特別涉及一種太赫茲通信收發(fā)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、數(shù)據(jù)中心作為處理和存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)的場(chǎng)所，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸速度有著極高的要求?，F(xiàn)有的無(wú)線通信技術(shù)方案通常采用毫米波和自由空間光通信技術(shù)。但前者受物理頻帶的限制，限制了毫米波無(wú)線通信系統(tǒng)的通信速率的提升；后者受收發(fā)無(wú)法一體的限制，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。而隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，太赫茲頻段逐漸表現(xiàn)出了毫米波和光通信的各自優(yōu)點(diǎn)，太赫茲無(wú)線通信系統(tǒng)成為了當(dāng)前的主要研究方向。但現(xiàn)有的太赫茲無(wú)線通信系統(tǒng)的射頻前端需要本振源、功率放大器、倍頻器、混頻器和檢波器等多個(gè)射頻模塊，這會(huì)增加射頻裝置的空間復(fù)雜度和電路功耗，同樣也會(huì)限制通信速率的提升。因此，如何同時(shí)降低系統(tǒng)的復(fù)雜性和提升通信速率，以滿足數(shù)據(jù)中心的高速拓?fù)浠ヂ?lián)的無(wú)線應(yīng)用需求，是本領(lǐng)域技術(shù)人員目前需要解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)的目的是提供一種太赫茲通信收發(fā)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)同時(shí)降低系統(tǒng)的復(fù)雜性和提升通信速率的效果。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N太赫茲通信收發(fā)系統(tǒng)，包括：結(jié)構(gòu)相同的至少兩個(gè)收發(fā)裝置；所述收發(fā)裝置包括基帶裝置、中頻裝置和射頻裝置；所述中頻裝置包括衰減器、放大器和偏置器；所述射頻裝置包括rtd芯片收發(fā)單元和天線單元；至少一個(gè)所述收發(fā)裝置用于發(fā)射太赫茲信號(hào)，至少一個(gè)所述收發(fā)裝置用于接收所述太赫茲信號(hào)；

3、當(dāng)所述收發(fā)裝置用于發(fā)射所述太赫茲信號(hào)時(shí)，所述基帶裝置、所述衰減器、所述偏置器和所述rtd芯片收發(fā)單元依次連接形成鏈路，使經(jīng)過(guò)所述基帶裝置和所述衰減器處理后的信號(hào)，送入所述rtd芯片收發(fā)單元，并在所述偏置器的驅(qū)動(dòng)下完成所述太赫茲信號(hào)的產(chǎn)生和調(diào)制后，通過(guò)所述天線單元出射所述太赫茲信號(hào)；

4、當(dāng)所述收發(fā)裝置用于接收所述太赫茲信號(hào)時(shí)，所述基帶裝置、所述放大器、所述偏置器和所述rtd芯片收發(fā)單元依次連接形成鏈路，使射入所述天線單元的所述太赫茲信號(hào)，送入所述rtd芯片收發(fā)單元，并在所述偏置器的驅(qū)動(dòng)下完成所述太赫茲信號(hào)的接收和解調(diào)后，送入所述放大器和所述基帶裝置進(jìn)行處理。

5、可選的，所述中頻裝置還包括：電源配置單元和開(kāi)關(guān)；所述基帶裝置和所述衰減器依次連接后和所述開(kāi)關(guān)的第一端連接；所述基帶裝置和所述放大器依次連接后和所述開(kāi)關(guān)的第二端連接；所述開(kāi)關(guān)的第三端和所述偏置器連接；所述偏置器和所述rtd芯片收發(fā)單元連接；

6、當(dāng)所述收發(fā)裝置用于發(fā)射所述太赫茲信號(hào)時(shí)，所述基帶裝置發(fā)送第一控制指令給所述電源配置單元，使所述電源配置單元將對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)配置給所述衰減器、所述開(kāi)關(guān)和所述偏置器，并使所述開(kāi)關(guān)的所述第一端和所述第三端導(dǎo)通；

7、當(dāng)所述收發(fā)裝置用于接收所述太赫茲信號(hào)時(shí)，所述基帶裝置發(fā)送第二控制指令給所述電源配置單元，使所述電源配置單元將對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)配置給所述放大器、所述開(kāi)關(guān)和所述偏置器，并使所述開(kāi)關(guān)的所述第二端和所述第三端導(dǎo)通。

8、可選的，所述基帶裝置包括解復(fù)用裝置和多個(gè)基帶單元；所述解復(fù)用裝置用于將輸入信號(hào)解復(fù)用后，送入每個(gè)所述基帶單元進(jìn)行處理；

9、所述中頻裝置包括和所述基帶單元數(shù)量相同的中頻單元；每個(gè)所述中頻單元包括所述衰減器、所述放大器和所述偏置器；所述rtd芯片收發(fā)單元包括和所述基帶單元數(shù)量相同的rtd芯片；所述rtd芯片和所述偏置器一一連接；一個(gè)所述基帶單元、一個(gè)所述中頻單元和一個(gè)所述rtd芯片構(gòu)成一條信號(hào)傳輸通道；不同所述信號(hào)傳輸通道傳輸不同頻率的信號(hào)；

10、所述基帶裝置發(fā)送第三控制指令給所述電源配置單元，使所述電源配置單元根據(jù)所述第三控制指令將對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)配置給每個(gè)基帶單元和每個(gè)中頻單元，并控制每條信號(hào)傳輸通道的所述開(kāi)關(guān)處于發(fā)射狀態(tài)或接收狀態(tài)。

11、可選的，所述天線單元是透鏡天線；所述透鏡天線覆蓋多個(gè)所述rtd芯片；所述透鏡天線用于將經(jīng)過(guò)每個(gè)所述rtd芯片調(diào)制后的所述太赫茲信號(hào)均以錐形波束狀態(tài)出射。

12、可選的，所述收發(fā)裝置設(shè)置在數(shù)據(jù)中心的機(jī)柜的內(nèi)部機(jī)箱或所述機(jī)柜的側(cè)壁，用于所述機(jī)柜內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸或移動(dòng)機(jī)器人的數(shù)據(jù)運(yùn)輸。

13、可選的，所述基帶裝置包括一個(gè)基帶單元；所述中頻裝置包括一個(gè)中頻單元；所述中頻單元包括所述衰減器、所述放大器和所述偏置器；所述rtd芯片收發(fā)單元包括一個(gè)rtd芯片。

14、可選的，所述天線單元是透鏡天線；所述透鏡天線覆蓋所述rtd芯片；所述透鏡天線用于將經(jīng)過(guò)所述rtd芯片調(diào)制后的所述太赫茲信號(hào)以筆形波束狀態(tài)出射。

15、可選的，所述收發(fā)裝置設(shè)置在數(shù)據(jù)中心的機(jī)柜的頂部，用于米級(jí)機(jī)柜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無(wú)線傳輸。

16、可選的，所述透鏡天線包括半球區(qū)和擴(kuò)展區(qū)；所述擴(kuò)展區(qū)與所述半球區(qū)的底面接觸；所述半球區(qū)的半徑和所述擴(kuò)展區(qū)的厚度是預(yù)先通過(guò)射線追跡方式，固定或限制所述半球區(qū)的半徑，控制所述擴(kuò)展區(qū)的厚度使所述太赫茲信號(hào)經(jīng)過(guò)所述透鏡天線傳輸后以所述筆形波束狀態(tài)或所述錐形波束狀態(tài)出射后確定的?？蛇x的，所述透鏡天線四周還設(shè)置有抗反射區(qū)。

17、顯然，本申請(qǐng)基于rtd芯片的非線性振蕩特性，經(jīng)過(guò)處理后的基帶信號(hào)和偏置器中的驅(qū)動(dòng)信號(hào)送入rtd芯片的負(fù)性微分電阻區(qū)，可同時(shí)完成太赫茲信號(hào)的產(chǎn)生和調(diào)制；調(diào)制后的太赫茲信號(hào)能夠被對(duì)端rtd芯片接收并通過(guò)自混頻的方式直接解調(diào)出基帶信號(hào)，該太赫茲通信收發(fā)系統(tǒng)具有以下有益效果：

18、(1)本申請(qǐng)通過(guò)rtd芯片可直接產(chǎn)生、調(diào)制和探測(cè)太赫茲信號(hào)，相比現(xiàn)有的多個(gè)射頻模塊級(jí)聯(lián)的方式，有效地降低了射頻裝置的空間復(fù)雜度和電路功耗；同時(shí)rtd芯片能夠提供高頻率的太赫茲源，且物理尺寸更小結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，在相同空間里能夠?qū)崿F(xiàn)更高的收發(fā)速率，有效提升了通信速率和設(shè)備小型化；

19、(2)本申請(qǐng)?zhí)岢龅南到y(tǒng)架構(gòu)共用同樣的rtd芯片進(jìn)行收發(fā)，相比現(xiàn)有的毫米波和自由空間光通信技術(shù)，克服了頻帶限制和降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度；

20、(3)本申請(qǐng)?zhí)岢龅募軜?gòu)數(shù)字基帶部分進(jìn)行的信號(hào)處理算法簡(jiǎn)單，將基帶信號(hào)通過(guò)一路一次調(diào)制到太赫茲頻段，相比現(xiàn)有的采用零中頻架構(gòu)進(jìn)行i/q混頻的方式，減少了混頻損耗，提升了傳輸信噪比和抗干擾性能。

技術(shù)特征：

1.一種太赫茲通信收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于，包括：結(jié)構(gòu)相同的至少兩個(gè)收發(fā)裝置；所述收發(fā)裝置包括基帶裝置、中頻裝置和射頻裝置；所述中頻裝置包括衰減器、放大器和偏置器；所述射頻裝置包括rtd芯片收發(fā)單元和天線單元；至少一個(gè)所述收發(fā)裝置用于發(fā)射太赫茲信號(hào)，至少一個(gè)所述收發(fā)裝置用于接收所述太赫茲信號(hào)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲通信收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于，所述中頻裝置還包括：電源配置單元和開(kāi)關(guān)；所述基帶裝置和所述衰減器依次連接后和所述開(kāi)關(guān)的第一端連接；所述基帶裝置和所述放大器依次連接后和所述開(kāi)關(guān)的第二端連接；所述開(kāi)關(guān)的第三端和所述偏置器連接；所述偏置器和所述rtd芯片收發(fā)單元連接；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太赫茲通信收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于，所述基帶裝置包括解復(fù)用裝置和多個(gè)基帶單元；所述解復(fù)用裝置用于將輸入信號(hào)解復(fù)用后，送入每個(gè)所述基帶單元進(jìn)行處理；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太赫茲通信收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于，所述天線單元是透鏡天線；所述透鏡天線覆蓋多個(gè)所述rtd芯片；所述透鏡天線用于將經(jīng)過(guò)每個(gè)所述rtd芯片調(diào)制后的所述太赫茲信號(hào)均以錐形波束狀態(tài)出射。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太赫茲通信收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于，所述收發(fā)裝置設(shè)置在數(shù)據(jù)中心的機(jī)柜的內(nèi)部機(jī)箱或所述機(jī)柜的側(cè)壁，用于所述機(jī)柜內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸或移動(dòng)機(jī)器人的數(shù)據(jù)運(yùn)輸。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太赫茲通信收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于，所述基帶裝置包括一個(gè)基帶單元；所述中頻裝置包括一個(gè)中頻單元；所述中頻單元包括所述衰減器、所述放大器和所述偏置器；所述rtd芯片收發(fā)單元包括一個(gè)rtd芯片。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太赫茲通信收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于，所述天線單元是透鏡天線；所述透鏡天線覆蓋所述rtd芯片；所述透鏡天線用于將經(jīng)過(guò)所述rtd芯片調(diào)制后的所述太赫茲信號(hào)以筆形波束狀態(tài)出射。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太赫茲通信收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于，所述收發(fā)裝置設(shè)置在數(shù)據(jù)中心的機(jī)柜的頂部，用于米級(jí)機(jī)柜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無(wú)線傳輸。

9.根據(jù)權(quán)利要求4或7所述的太赫茲通信收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于，所述透鏡天線包括半球區(qū)和擴(kuò)展區(qū)；所述擴(kuò)展區(qū)與所述半球區(qū)的底面接觸；所述半球區(qū)的半徑和所述擴(kuò)展區(qū)的厚度是預(yù)先通過(guò)射線追跡方式，固定或限制所述半球區(qū)的半徑，控制所述擴(kuò)展區(qū)的厚度使所述太赫茲信號(hào)經(jīng)過(guò)所述透鏡天線傳輸后以所述筆形波束狀態(tài)或所述錐形波束狀態(tài)出射后確定的。

10.根據(jù)權(quán)利要求4或7所述的太赫茲通信收發(fā)系統(tǒng)，其特征在于，所述透鏡天線四周還設(shè)置有抗反射區(qū)。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)公開(kāi)了一種太赫茲通信收發(fā)系統(tǒng)，屬于無(wú)線通信技術(shù)領(lǐng)域。該太赫茲通信收發(fā)系統(tǒng)，基于RTD芯片的非線性振蕩特性，經(jīng)過(guò)處理后的基帶信號(hào)和偏置器中的驅(qū)動(dòng)信號(hào)送入RTD芯片的負(fù)性微分電阻區(qū)，可同時(shí)完成太赫茲信號(hào)的產(chǎn)生和調(diào)制；調(diào)制后的太赫茲信號(hào)能夠被對(duì)端RTD芯片接收并通過(guò)自混頻的方式直接解調(diào)出基帶信號(hào)。本申請(qǐng)有效地降低了射頻裝置的空間復(fù)雜度和電路功耗，有效提升了通信速率和設(shè)備小型化；克服了頻帶限制和降低了系統(tǒng)的復(fù)雜度；減少了混頻損耗，提升了傳輸信噪比和抗干擾性能。

技術(shù)研發(fā)人員：吳錯(cuò),蘇娟,劉金鑫,劉娟,譚為,林長(zhǎng)星
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)工程物理研究院電子工程研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9