一种基于共振隧穿二极管的即插即用型太赫兹通信系统

文档序号:11140 发布日期:2021-09-17 浏览:27次 >En<

阅读说明:本技术 一种基于共振隧穿二极管的即插即用型太赫兹通信系统 (Plug-and-play terahertz communication system based on resonant tunneling diode ) 是由 张宇 于 2021-06-07 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种基于共振隧穿二极管的即插即用型太赫兹通信系统。包括:太赫兹天线、太赫兹功率放大器、太赫兹低噪声放大器、共振隧穿二极管震荡源、太赫兹接收机、调制解调器、计算机及处理软件等。视频、数据或者语音等业务信号经调制模块进行幅度调制后再通过Bias Tee和直流信号耦合后输入到共振隧穿二极管,经过和共振隧穿二极管震荡器信号混频后形成太赫兹频段载波电流信号,经太赫兹天线输出为自由空间电磁波信号;电磁波信号传播一定距离后经接收天线接收后还原为电流信号,电流信号经过太赫兹接收机输出振幅信号再输入调制解调器还原为视频、数据或者语音等业务信号。(The invention discloses a plug-and-play terahertz communication system based on a resonant tunneling diode. The method comprises the following steps: the terahertz tunable filter comprises a terahertz antenna, a terahertz power amplifier, a terahertz low-noise amplifier, a resonant tunneling diode oscillation source, a terahertz receiver, a modem, a computer, processing software and the like. Service signals such as video, data or voice and the like are subjected to amplitude modulation through a modulation module, then are coupled with direct current signals through a Bias Tee and then are input into a resonant tunneling diode, form terahertz frequency band carrier current signals after being mixed with signals of a resonant tunneling diode oscillator, and are output as free space electromagnetic wave signals through a terahertz antenna; the electromagnetic wave signal is transmitted for a certain distance and then is received by a receiving antenna and then is reduced into a current signal, and the current signal is output by a terahertz receiver and then is input into a modem to be reduced into service signals such as video, data or voice.)

一种基于共振隧穿二极管的即插即用型太赫兹通信系统

技术领域

本发明涉及通信、科学实验以及通讯领域,尤其涉及一种基于共振隧穿二极管的即插即用型太赫兹通信系统。

背景技术

随着5G进入商用,6G的研发也进入人们的视野。全新的、超高速率的无线通信介入手段,实现高速的互联互通是目前通信行业的迫切需求。太赫兹则是实现这一需求的手段之一,随着太赫兹技术研究的日趋深入,太赫兹系统对太赫兹波辐射源需求非常迫切,室温下可应用的太赫兹波产生技术已成为太赫兹技术发展的瓶颈。目前,基于光学方法的太赫兹波发射源(如量子级联激光器)等器件需在低温制冷地条件下产生太赫兹波辐射,频率一般在1THz以上;基于电子学方法的发射源(如行波管、返波管等)需要在高功率电源等辅助设备条件下辐射太赫兹波。因此,室温应用、小型化(芯片尺寸范围内)、集成化的太赫兹射频前端是目前国内外太赫兹无线通信系统可实现广泛应用的必要前提。

目前,现有的太赫兹源器件设计并不合理,且难以在室温内工作,在使用时受到环境的制约很大,其便利性并不理想,另一方面,现有的通信系统整体体积较大,不能根据工作场景来选择室内、室外的两种工作形式切换,且不能够根据工作场景、通信距离选择供电方式,在使用时便利性很差。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足,提供一种基于共振隧穿二极管的即插即用型太赫兹通信系统。

为达到上述目的,本发明采用的技术方案为:一种基于共振隧穿二极管的即插即用型太赫兹通信系统,包括:太赫兹天线、太赫兹低噪声放大器、太赫兹接收机、共振隧穿二极管、调制解调器以及处理软件。

所述通信系统采用共振隧穿二极管作为太赫兹通信系统发射源,所述太赫兹天线用于将载波电流信号输出为自由空间电磁波信号,且所述太赫兹天线还用于接收自由空间电磁波信号,所述太赫兹接收机用于将电流信号转换为振幅信号。

所述调制解调器内设置调制模块,所述调制模块用于将业务信号进行幅度调制,且所述调制模块能够将所述振幅信号还原为业务信号。

本发明一个较佳实施例中,所述业务信号包括:语音信号、视频信号以及数据信号。

本发明一个较佳实施例中,整体通信系统能够根据工作场景、通信距离设计为U盘大小和机箱大小两种尺寸中的其中任意一种。

本发明一个较佳实施例中,所述通信系统中太赫兹接收机采用太赫兹检波器或者太赫兹辐射计两种不同形式对接收信号的幅度进行检测。

本发明一个较佳实施例中,所述通信系统采用PAM、OOK、QPSK以及QAM四种调制方式中的其中一种。

本发明一个较佳实施例中,所述通信系统采用低功耗器件和片上系统(SOC)设计。

本发明一个较佳实施例中,所述通信系统能够以类似U盘模式连接通信系统实现即插即用的高速数据通信。

本发明一个较佳实施例中,所述太赫兹天线根据工作频率和技术需要选择片上天线、传统喇叭天线、卡氏天线以及超材料天线中的其中一种。

本发明一个较佳实施例中,包括以下步骤:

步骤S1:业务信号经过调制模块进行幅度调制,再通过Bias Tee将幅度调制的业务信号和直流信号耦合后输入到共振隧穿二极管;

步骤S2:再经过和共振隧穿二极管信号混频后形成太赫兹频段载波电流信号,太赫兹频段载波电流信号经太赫兹天线输出为自由空间电磁波信号;

步骤S3:自由空间电磁波信号传播一定距离后经太赫兹天线接收后还原为电流信号,电流信号经过太赫兹接收机输出振幅信号后再输入调制解调器还原为业务信号。

本发明一个较佳实施例中,所述太赫兹功率放大器和所述太赫兹低噪声放大器能够根据工作频率和通信距离进行选择使用。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷,本发明具备以下有益效果:

(1)本发明使用共振隧穿二极管作为新型的太赫兹源器件,能够在室温环境下工作,能够在普通的环境中工作,使整体设备应用时环境的适应性更好,另一方面,且整体体积小,增强了便利性,相比与传统的太赫兹源器件占用空间小,且消耗功率低,有效节约电力资源。

(2)本发明中整体通信系统能够根据工作场景、通信距离设计为U盘大小或者机箱大小中的两种尺寸中的其中任意一种,能够进一步实现小型化、便携式等优点,且通过和其它各太赫兹器件组合,能够实现即插即用的太赫兹实时高速通讯系统,使用时更便捷。

(3)本发明中太赫兹功率放大器和太赫兹低噪声放大器能够根据工作频率和通信距离进行选择使用,从而有效扩大通信系统的适用范围,从而提高整体通信系统的应用范围,且太赫兹天线根据工作频率和技术需要选择片上天线、传统喇叭天线、卡氏天线以及超材料天线中的其中一种,进一步扩大通信系统的适用范围,有效提高整体通信系统的应用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明优选实施例的工作原理流程示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是,本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施,因此,本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

一种基于共振隧穿二极管的即插即用型太赫兹通信系统,包括:太赫兹天线、太赫兹低噪声放大器、太赫兹接收机、共振隧穿二极管、调制解调器以及处理软件。

所述通信系统采用共振隧穿二极管作为太赫兹通信系统发射源,所述太赫兹天线用于将载波电流信号输出为自由空间电磁波信号,且所述太赫兹天线还用于接收自由空间电磁波信号,所述太赫兹接收机用于将电流信号转换为振幅信号。

所述调制解调器内设置调制模块,所述调制模块用于将业务信号进行幅度调制,且所述调制模块能够将所述振幅信号还原为业务信号。

本发明一个较佳实施例中,使用共振隧穿二极管作为新型的太赫兹源器件,能够在室温环境下工作,能够在普通的环境中工作,使整体设备应用时环境的适应性更好,另一方面,且整体体积小,增强了便利性,相比与传统的太赫兹源器件占用空间小,且消耗功率低,有效节约电力资源。

本发明一个较佳实施例中,整体通信系统能够根据工作场景、通信距离设计为U盘大小和机箱大小两种尺寸中的其中任意一种,进一步实现小型化、便携式等优点,且通信系统以类似U盘模式连接通信系统,能够实现即插即用的太赫兹实时高速通讯系统,使用时更便捷。

本发明一个较佳实施例中,通信系统中太赫兹接收机采用太赫兹检波器或者太赫兹辐射计两种不同形式对接收信号的幅度进行检测,通过两种不同形式同时对接收信号的幅度进行检测,进一步提高数据检测精准度,保证数据信号精确传输。

本发明一个较佳实施例中,通信系统采用PAM、OOK、QPSK以及QAM四种调制方式中的其中一种,根据需要选择不同的调制方式,使整体通信系统数据传输更具多样化,通信系统的调制更方便。

本发明一个较佳实施例中,太赫兹功率放大器和太赫兹低噪声放大器能够根据工作频率和通信距离进行选择使用,从而有效扩大通信系统的适用范围,从而提高整体通信系统的应用范围。

本发明一个较佳实施例中,太赫兹天线根据工作频率和技术需要选择片上天线、传统喇叭天线、卡氏天线以及超材料天线中的其中一种,进一步扩大通信系统的适用范围,有效提高整体通信系统的应用范围。

本发明一个较佳实施例中,太赫兹天线、太赫兹功率放大器、太赫兹低噪声放大器、太赫兹接收机也可以是毫米波天线、毫米波放大器、毫米波低噪声放大器、毫米波接收机等不同工作频率,进一步提高通信系统应用范围。

本发明一个较佳实施例中,通信系统能够根据工作场景、通信距离设计为USB供电或者专用电源供电等不同形式,有效提高在使用时的便利性;另一方面,通信系统采用低功耗器件和片上系统(SOC)设计,能够进一步减小功耗,实用性更强。

本发明使用时,业务信号经过调制模块进行幅度调制,再通过Bias Tee将幅度调制的业务信号和直流信号耦合后输入到共振隧穿二极管;再经过和共振隧穿二极管信号混频后形成太赫兹频段载波电流信号,太赫兹频段载波电流信号经太赫兹天线输出为自由空间电磁波信号;自由空间电磁波信号传播一定距离后经太赫兹天线接收后还原为电流信号,电流信号经过太赫兹接收机输出振幅信号后再输入调制解调器还原为业务信号。

对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

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