电路中的太赫兹技术与应用
第十四章 太赫兹通信
第十四章太赫兹通信太赫兹作为微波和毫米波的延伸，它所提供的通信带宽要远远大于毫米波。
随着太赫兹辐射源和探测器的发展，以及太赫兹调制器和滤波器的问世，促进了太赫兹在通信领域的发展应用。
可以预测在不远的将来太赫兹波技术将会在近距离通信（10m到100m以内）方面发挥出越来越大的作用。
14.1 太赫兹通信“太赫兹通信”时代意味着：（1）每秒的有效数据传输率超过1T比特（通过光学载波技术）；（2）太赫兹载波通信。
尽管点对点的光通信技术在光波长量级能得到极宽的带宽，但太赫兹通信的魅力更让人神往，如可用的太赫兹频带和通信带宽。
目前美国联邦通信委员会还未对高于300GHz的频率进行分配，美国频率分配图如图14-1所示。
从图中可以看到当时制定它时，根本都没有考虑太赫兹波段，从而也就没有对其进行分配。
现在太赫兹通信仍处在发展的初级阶段，而且这一频段的数据传输直到近几年才得以实现。
图 14-1 美国通信委员会制定的频谱分配图14.1.1 宽带通信和高速信息网太赫兹用于通信可以获得10GB/s的无线传输速度，这比当前的超宽带技术快几百甚至1000倍之多，而且与可见光和红外相比它同时具有极高的方向性以及较强的云雾穿透能力。
这就使得太赫兹通信可以以极高的带宽进行高保密卫星通信。
由于太赫兹频段位于红外线和高频无线电（主要用于移动电话和其他无线通信系统之中）之间，并且该频率是目前手机通信频率的1000倍左右，所以它是很好的宽带信息载体，特别适合作卫星间、星地间及局域网的宽带移动通信。
因此利用太赫兹电磁波进行无线电通信，则可以极大地增宽无线电通信网络的频带，可望使无线移动高速信息网络成为现实。
工作在太赫兹频段的自由空间光（FSO）通讯系统可以将无线电波和可见光的优点结合起来，在浓雾天气中也可以高速传输数据。
目前，该频段的光通讯设备还在研制阶段。
14.1.2 高速短距离无线通信德国的研究人员首先发现利用太赫兹波可以传送音频信号。
基于共振隧穿二极管的太赫兹技术研究进展
doi:10.3969/j.issn.1003-3114.2024.01.006引用格式:刘军,王靖思,宋瑞良,等.基于共振隧穿二极管的太赫兹技术研究进展[J].无线电通信技术,2024,50(1):58-66.[LIU Jun,WANG Jingsi,SONG Ruiliang,et al.Recent Progress of Terahertz Technology Based on Resonant Tunneling Diode [J].Radio Communications Technology,2024,50(1):58-66.]基于共振隧穿二极管的太赫兹技术研究进展刘㊀军1,王靖思2,宋瑞良1,刘博文1,刘㊀宁1(1.中国电子科技集团公司第五十四研究所北京研发中心,北京100041;2.北京跟踪与通信技术研究所,北京100094)摘㊀要:共振隧穿二极管(Resonant Tunneling Diode,RTD)是一种基于量子隧穿效应的半导体器件,同时具有非线性特性和负阻特性,通过改变偏置电压可以作为太赫兹源和太赫兹探测器,在未来6G 技术中通信感知一体化方面具有优势㊂简要总结了基于RTD 实现的器件的工作原理,对基于RTD 实现的太赫兹源和太赫兹探测器㊁太赫兹通信系统以及太赫兹雷达系统等太赫兹技术的研究进展进行介绍,并对当前存在的技术挑战和未来的发展方向进行探讨㊂基于RTD 的太赫兹技术凭借其突出的优势,将成为未来电子器件领域重要的发展方向㊂关键词:共振隧穿二极管;太赫兹源;太赫兹通信;太赫兹探测器中图分类号:TN919.23㊀㊀㊀文献标志码:A㊀㊀㊀开放科学(资源服务)标识码(OSID):文章编号:1003-3114(2024)01-0058-09Recent Progress of Terahertz Technology Based onResonant Tunneling DiodeLIU Jun 1,WANG Jingsi 2,SONG Ruiliang 1,LIU Bowen 1,LIU Ning 1(1.Beijing Research and Development Center,The 54th Research Institute of CETC,Beijing 100041,China;2.Beijing Institute of Tracking and Telecommunication Technology,Beijing 100094,China)Abstract :Resonant Tunneling Diode (RTD)that has both nonlinear and negative resistance characteristics is a semiconductor de-vice based on the quantum tunneling effect.Advantages of RTD include the facts that they can operate both as an oscillator and detector by changing the bias voltage and show advantages in the integration of communication and sensing for 6G.This paper introduces work-ing principles of RTD and the research progress of terahertz technology based on RTD from the aspects of terahertz sources,terahertz detectors,terahertz communication system and terahertz radar system,and discusses about current technological challenges and future perspectives.RTD-based terahertz technology will become an important development direction in the field of electronic devices in thefuture due to its outstanding advantages.Keywords :RTD;terahertz sources;terahertz communication;terahertz detectors收稿日期:2023-09-22基金项目:国家重点研发计划(2023YFE0206600)Foundation Item :NationalKeyR&DProgramofChina(2023YFE0206600)0 引言在移动通信技术从1G 发展到5G 的过程中,逐步实现了从语音㊁数字消息业务㊁移动互联网㊁智能家居㊁远程医疗㊁智能物联和虚拟现实等应用的发展[1]㊂6G 技术作为5G 技术的演进,不仅作为高速通信系统,也将作为高灵敏度探测系统,以更好地感知物理环境,获得高精度定位㊁成像以及环境重建等信息㊂太赫兹波介于微波与红外之间,具有波束窄㊁带宽宽㊁穿透性高㊁能量性低等特点,易于实现无线通信与无线感知功能的单片集成,从而实现感知功能与通信功能的相互促进与增强,进一步实现万物 智联 [2-4]㊂太赫兹波的产生和探测技术,是太赫兹应用系统的核心技术[5-6]㊂基于固态电子学方法的常温太赫兹源有碰撞电离雪崩渡越时间二极管(Impact Avalanche and Transist Time Diode,IMPATT)[7]㊁耿式二极管[8-9]㊁肖特基势垒二极管(Schottky BarrierＤｉｏｄｅ，ＳＢＤ）［１０］、超晶格电子器件［１１］、晶体管［１２］和共振隧穿二极管（ＲｅｓｏｎａｎｔＴｕｎｎｅｌｉｎｇＤｉｏｄｅ，ＲＴＤ）［１３］。
inp太赫兹异质异构集成技术
inp太赫兹异质异构集成技术
太赫兹（THz）异质异构集成技术是一种将不同材料与器件集成在一起，实现太赫兹频率范围内的功能器件和系统的技术方法。
太赫兹频率范围通常定义为从0.1到10太赫兹。
太赫兹频率范围内的电磁波具有许多特点，例如穿透力强、对物质的能级结构和拓扑结构敏感等，使其在无损检测、成像、通信等领域具有广阔的应用前景。
然而，由于太赫兹频段的器件和射频电路相对稀缺，相应的集成技术也相对较少。
太赫兹异质异构集成技术的目标是将不同材料和器件集成在一起，以实现太赫兹频率范围内的功能器件和系统。
这种集成技术将不同材料（如硅、砷化镓、氮化硅等）的器件和电路结合在一起，以充分发挥每种材料的优势和特点。
例如，硅基技术可以提供高度集成度和低成本，而砷化镓和氮化硅等材料可以提供高频率和高功率的特性。
通过太赫兹异质异构集成技术，可以实现各种太赫兹频率范围内的功能器件和系统，如太赫兹激光器、太赫兹探测器、太赫兹调制器等。
这些器件和系统可以应用于生物医学成像、无损检测、通信和安全检测等领域。
总之，太赫兹异质异构集成技术是一种将不同材料和器件集成在一起，用于实现太赫兹频率范围内功能器件和系统的技术方法，具有广阔的应用前景。
走近太赫兹：6G潜在关键技术
21上海信息化走近太赫兹：6G 潜在关键技术导而在空间传播的电磁波。
太赫兹波则是指频率在0.1THz—10THz范围的电磁波, 即高于100 GHz、波长在3 mm—30μm范围。
电磁波包含很多种类，按照频率从低到高的顺序可排列为：无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线及γ射线。
太赫兹波位于无线电毫米波与红外线之间的频谱区间，是宏观经典理论向微观量子理论的过渡区，也是电子学向光子学的过渡区，在光学领域被称为远红外，在电子学领域则被称为亚毫米波、超微波。
太赫兹发展之由从需求角度来说，第一代移动通信技术到第四代移动通信技术是围绕人的通信发展，业务从单一的语音发展到集合语音、短信、数据多业务。
5G信，是从人联到万物互联的过渡。
2021年6月6日，我国IMT-2030（6G）推进组发布《6G总体愿景与潜在关键技术》白皮书，提到未来6G业务将呈现沉浸化、智慧化、全域化等新发展趋势，形成沉浸式云XR、全息通信、感官互联、智慧交互、通信感知、普惠智能、数字孪生、全域覆盖八大业务应用，带来更加丰富多彩的社会生活场景。
通信基础理论是香农公式C=B log 2（1+S/N），式中：C是最大信息传送速率，B是信道带宽（Hz），S是信道内所传信号的平均功率（W），N是信道内部的高斯噪声功率（W）。
通信系统要增加容量，要么增加信道带宽，要么增加信噪比，前者需要更宽的频谱资源，后者需要更好的信道环境。
从频谱资源来看，我国移动通信基站部署的单文 杨雪瑾自上世纪八十年代起，移动通信行业几乎每十年实现一轮技术迭代。
近年来，随着5G 商用网络成熟，6G 研究提上日程。
工信部发布的《“十四五”信息通信行业发展规划》将开展6G 基础理论及关键技术研发列为移动通信核心技术演进和产业推进工程，其中“太赫兹感知与通信”被业界视为6G 潜在关键技术之一。
Copyright ©博看网. All Rights Reserved.22上海信息化的中低频段资源已经非常紧张，为了满足太比特每秒（Tbps）量级的极高数据传输速率需要，必须提供大量连续的频谱资源。
T 赫兹
太赫兹目前，国际上对太赫兹辐射已达成如下共识，即太赫兹是一种新的、有很多独特优点的辐射源；太赫兹技术是一个非常重要的交叉前沿领域，给技术创新、国民经济发展和国家安全提供了一个非常诱人的机遇。
它之所以能够引起人们广泛的关注、有如此之多的应用，首先是因为物质的太赫兹光谱（包括透射谱和反射谱）包含着非常丰富的物理和化学信息，所以研究物质在该波段的光谱对于物质结构的探索具有重要意义；其次是因为太赫兹脉冲光源与传统光源相比具有很多独特的性质。
简介T Hz波（太赫兹波）或称为THz射线（太赫兹射线）是从上个世纪80年代中后期，才被正式命名的，在此以前科学家们将统称为远红外射线。
太赫兹波是指频率在0.1THz到10THz范围的电磁波，波长大概在0.03到3mm范围，介于微波与红外之间。
实际上，早在一百年前，就有科学工作者涉及过这一波段。
在1896年和1897年，Rubens和Nichols就涉及到这一波段，红外光谱到达9um（0.009mm）和20um（0.02mm），之后又有到达50um 的记载。
之后的近百年时间，远红外技术取得了许多成果，并且已经产业化。
但是涉及太赫兹波段的研究结果和数据非常少，主要是受到有效太赫兹产生源和灵敏探测器的限制，因此这一波段也被称为THz间隙。
随着80年代一系列新技术、新材料的发展，特别是超快技术的发展，使得获得宽带稳定的脉冲THz源成为一种准常规技术，THz技术得以迅速发展，并在实际范围内掀起一股THz研究热潮。
评价2004年，美国政府将THz科技评为“改变未来世界的十大技术”之四，而日本于2005年1月8日更是将THz技术列为“国家支柱十大重点战略目标”之首，举全国之力进行研发。
我国政府在2005年11月专门召开了“香山科技会议”，邀请国内多位在THz研究领域有影响的院士专门讨论我国THz事业的发展方向，并制定了我国THz技术的发展规划。
另外，美国、欧洲、亚洲、澳大利亚等许多国家和地区政府、机构、企业、大学和研究机构纷纷投入到THz的研发热潮之中。
太赫兹高速无线通信：体制、技术与验证系统
第12卷 第1期 太赫兹科学与电子信息学报Vo1．12，No．1 2014年2月 Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology Feb．，2014 文章编号：2095-4980(2014)01-0001-13太赫兹高速无线通信：体制、技术与验证系统张 健a,b，邓贤进a,b，王 成a,b，林长星a,b，陆 彬a,b，陈 琦a,b(中国工程物理研究院 a.电子工程研究所；b.太赫兹研究中心，四川绵阳 621999)摘 要：对太赫兹高速无线通信的国内外现状和发展趋势进行了全面的综述与分析。
首先介绍了太赫兹通信的特点、频段和调制体制。
在此基础上详细讨论了太赫兹无线通信的关键技术，包括太赫兹产生和功率放大技术、太赫兹接收检测技术、太赫兹调制解调技术、太赫兹传输技术、太赫兹高速通信数据流和网络协议技术、太赫兹集成微系统技术；然后重点介绍了日本、德国、美国和中国的几个典型的太赫兹通信验证系统；最后对太赫兹高速无线通信的应用和发展进行了展望。
关键词：太赫兹；无线通信；调制；倍频；太赫兹单片集成电路功率放大；集成微系统中图分类号：TN78 文献标识码：A doi：10.11805/TKYDA201401.0013Terahertz high speed wireless communications:systems,techniques and demonstrationsZHANG Jian a,b，DENG Xian-jin a,b，WANG Cheng a,b，LIN Chang-xing a,b，LU Bin a,b，CHEN Qi a,b(a.Institute of Electronic Engineering；b.Terahertz Research Center，China Academy of Engineering Physics，Mianyang Sichuan 621999，China)Abstract：The present research state and future development tendency of terahertz high speed wireless communication at home and abroad are reviewed and analyzed comprehensively. Firstly, thefeatures, frequency band and modulation mode of terahertz communications are introduced. And then thekey techniques of terahertz communications, including terahertz generation, amplifier, detection,modulation/demodulation and transmission are discussed, as well as high speed data stream construction,network protocols and integrated microsystems technology. Several typical terahertz communicationdemonstration systems developed in Japan, Germany, America and China are also highlighted.Perspectives on the applications of terahertz high speed wireless communication and further researchdirections are presented at last.Key words：terahertz；wireless communication；modulation；frequency multiplication；Terahertz Monolithic Integrated Circuit power amplifier；integrated microsystems太赫兹(Terahertz，THz)波是指频率为0.1 THz~10 THz、波长为3 mm~30 μm的电磁波，其频段介于毫米波与远红外光之间。
大功率太赫兹电真空器件的研究现状与应用
大功率太赫兹电真空器件的研究现状与应用马燕;谢辉;鄢扬【摘要】太赫兹科学技术是当前迅速发展的新兴领域,由于其具有许多独特的特性,在军事上具有重要应用前景.但目前仅有真空电子学的方法可以产生满足军事应用需求的高功率太赫兹辐射,因此大功率太赫兹电真空器件是研究热点之一.综述了大功率太赫兹电真空器件的研究现状,涉及太赫兹行波管、返波管、绕射辐射器件、扩展互作用器件、回旋管等,并分析了其应用情况及前景.【期刊名称】《电讯技术》【年(卷),期】2012(052)011【总页数】6页(P1844-1849)【关键词】太赫兹技术;大功率;电真空器件;军事应用【作者】马燕;谢辉;鄢扬【作者单位】空军驻川西地区军事代表室,成都610041;空军驻成都地区军事代表局,成都610041;电子科技大学物理电子学院,成都610054【正文语种】中文【中图分类】TN1291 引言太赫兹频段是指频率从100GHz到10 THz,相应的波长从3 mm至30 μ m,介于微波和红外线之间的电磁波谱区域。
处于宏观经典理论向微观量子理论的过渡区及电子学向光子学的过渡领域,是电磁波谱中唯一没有获得全面研究的频段,长期以来,由于缺乏有效的太赫兹辐射产生和检测方法,导致太赫兹频段的电磁波未得到充分的研究和应用[1-5]。
军事电子技术在发展过程中一直不断开拓新的频谱资源,其工作频段已扩展到100 GHz,进一步开发更高的太赫兹频段频谱资源是必然的发展趋势,太赫兹波具有以下主要特点。
(1)极宽的带宽。
太赫兹波频率范围超过从直流到微波、毫米波全部带宽的100倍。
即使考虑大气吸收,在大气中传播时只能使用部分大气窗口,其总带宽也远大于微波、毫米波全部带宽。
(2)波束窄。
在相同天线尺寸下太赫兹波的波束要比微波的波束窄得多,可以分辨相距更近的小目标或者更为清晰地观察目标的细节。
(3)信噪比高,保密性好。
因而太赫兹波在高分辨率雷达、精密制导、保密通信、目标探测和极高频率电子对抗等方面具有重要的应用前景。
太赫兹通信技术现状分析
太赫兹通信技术现状分析摘要太赫兹(THz)波的频段可以覆盖自然界多种物质的特征谱，利用太赫兹(THz)波可以加深和扩大人类对自然界一些基本科学问题的理解，甚至可以有新的发现。
太赫兹通信(Thz Communications)是指利用太赫兹的电磁波作为通信载波实现无线通信的技术。
太赫兹波拥有可供利用的超大频宽频谱资源，可支持无线通信的超大速率传输。
本文简单分析了太赫兹通信技术在国内外的研究进展并且对太赫兹通信的一部分关键技术与研究成果进行分析介绍，在文章的后半部分，本文对太赫兹通信的未来进行了展望，探讨了太赫兹通信在各个领域的应用成果与发展方向。
关键词：太赫兹通信；太赫兹应用；太赫兹波；一、太赫兹通信技术概况与关键技术1、太赫兹通信概述赫兹是个频率单位，太赫兹指1012这个频率的电磁波，介于红外线和微波之间。
以前于太赫兹波的自身特性以及缺乏有效的技术手段，人们对太赫兹波的认识、研究和应用是空白，现在兴起研究太赫兹波的潮流，是个前沿交叉领域。
在1980年代，太赫兹频段被称为“太赫兹鸿沟”，其相关技术尚待挖掘，因为缺乏稳定有效的太赫兹发射源和探测器，以及与太赫兹相关的研究稀少。
太赫兹技术上仍基本处在一个空缺状态。
太赫兹电磁波是一种与众不同的低能光子。
太赫兹位于激光和微波之间的波段，因此他的特性不能简单只用光学理论或者微波理论来进行解释。
如今，随着新一代太赫兹源与探测器的不断发展问世，这个“鸿沟”正在快速被填补，技术也积极发展。
太赫兹波光子能量小，不会引起生物组织的电离，适合生物医学成像；因为它对非金属和非极性物质有高的透过性，可用于安全检查、无损检测；还有，有机体和生物大分子等物质在太赫兹波段有特征吸收谱，可用于爆炸物、毒品等危险物品的识别。
太赫兹通信技术可以被分为全电子、光子辅助、全光子 3 种类型，光子辅助型与全光子型都可认为是基于光子技术路线的太赫兹通信实现方式。
基于电子学的太赫兹通信技术可以支持大功率太赫兹信号的辐射，能够进行长距离的无线传输。
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电路中的太赫兹技术与应用
太赫兹技术是一种在电磁波谱中介于红外线和微波之间的频段，其
频率范围为0.1至10太赫兹。
近年来，太赫兹技术在电路领域得到了
广泛的关注和研究。
本文将从太赫兹技术的基本原理、应用领域以及
未来发展方向等几个方面进行论述。
一、太赫兹技术的基本原理
太赫兹波是指当电磁波频率达到太赫兹级别时所对应的电磁波。
太
赫兹波能够穿透许多非金属材料，同时又拥有比红外线更高的分辨率，因此在材料检测、安全检查、通信和生物医学等领域有着广泛的应用
前景。
太赫兹技术的基本原理是利用太赫兹波在物质中的传播和与物质相
互作用的特性。
太赫兹波与物质相互作用的方式有很多，如吸收、散射、透射等。
通过对太赫兹波的这些相互作用进行测量和分析，可以
获取物质的结构和性质信息。
二、太赫兹技术的应用领域
1.材料检测与成像
太赫兹技术可以用于材料的非破坏性检测，能够检测材料的结构、
厚度、缺陷等信息。
因此，在航空航天、电子设备、材料制备等领域，太赫兹技术被广泛应用于材料检测与成像。
2.生物医学
太赫兹技术在生物医学领域有着重要的应用前景。
太赫兹波可以穿
透大多数的生物组织，并且对生物组织的水份含量、分子结构等有着
很高的敏感性。
因此，太赫兹技术在肿瘤检测、皮肤病变诊断、药物
分子的研究等方面有着广阔的应用前景。
3.通信与雷达
太赫兹波在通信和雷达领域也有着重要的应用。
相比于微波和光纤
通信技术，太赫兹通信技术具有更高的通信速率和更好的抗干扰性能，可用于高速无线通信、宽带通信等领域。
此外，太赫兹雷达技术也被
用于空间探测、辐射成像等应用。
4.安全检查与探测
由于太赫兹波能够穿透许多非金属材料，并且对生物体无害，因此
太赫兹技术在安全检查与探测领域有着广泛的应用。
例如，太赫兹技
术可用于检测爆炸物、毒品和非法物品等，可以在安全领域起到重要
的作用。
三、太赫兹技术的未来发展方向
太赫兹技术在上述领域有着广泛的应用前景，但与其发展的潜力相比，目前的研究和应用仍然相对较少。
因此，未来的发展方向主要包
括以下几个方面：
1.技术改进与性能提升
目前，太赫兹技术的设备体积庞大、成本高昂，限制了其在实际应用中的推广。
因此，未来的研究方向之一是改进太赫兹技术的设备和器件，降低成本，提高性能。
2.理论研究与模拟仿真
太赫兹技术的基础理论研究和模拟仿真是其发展的关键。
未来的研究方向之一是深入探究太赫兹波与物质相互作用的机制，优化太赫兹技术的传输和探测效果。
3.跨学科合作与交叉应用
太赫兹技术涉及到物理学、电子学、材料科学、生物学等多个学科领域，未来的发展方向之一是加强各领域的交叉合作，推动太赫兹技术在不同领域的应用。
总之，太赫兹技术是一种新兴的电路技术，具有广泛的应用前景。
通过对太赫兹技术的基本原理、应用领域以及未来发展方向的了解，可以更好地认识太赫兹技术的重要性和潜力，为其进一步发展提供有力的支持。
随着太赫兹技术的不断进步和创新，相信它将为各个领域带来更多的机遇和挑战。