140GHz高速无线通信技术研究

I G I T C W技术 研究Technology Study32DIGITCW2023.09随着通信技术的不断发展，超短波无线通信系统面临着越来越严峻的保密和安全挑战。

为了确保超短波无线通信系统的保密性和安全性，需要采用一系列的保密技术。

这些保密技术涵盖了通信链路的加密、信道建立、跳频通信技术等多个方面。

其中，跳频通信技术是超短波无线通信保密技术的一种重要实现方式，其是一种利用快速在多个不同频率间切换的方式传输数据的通信技术，其可以应用于超短波无线通信保密技术中，增加频谱扩展和干扰抵抗能力，从而提高通信保密性和可靠性[1]。

1 超短波无线通信系统概述超短波无线通信系统是无线通信技术的一种。

超短波通信具有传输距离远、抗干扰能力强等优点，广泛应用于政务、金融等领域。

在政务和公共安全领域中，超短波无线通信系统可以用于警务通信、紧急救援等方面，可以提高政务通信的保密性和抗干扰能力。

在金融领域中，超短波无线通信系统可以用于证券交易、银行转账等方面，可以保证通信的机密性和完整性。

1.1 超短波无线通信系统超短波无线通信系统是指利用超短波无线电波进行信息传输的通信系统，其工作频率范围通常为300 MHz ～3 GHz 。

与其他无线通信系统相比，超短波无线通信系统具有传输距离远、抗干扰能力强等优点。

由于其传输距离远，因此在政务、金融等领域得到广泛的应用。

超短波无线通信系统包括发射机和接收机两个部分。

发射机通过电路将电信号转换成无线电波，并将其通过天线发射出去；接收机负责接收来自天线的无线电波，并将其转换成电信号。

为了确保通信的机密性和完整性，超短波无线通信保密技术是在超短波通信的基础上结合各种加密、解密、密钥管理技术等，实超短波无线通信保密技术中关键跳频通信技术探究周 三（中国电子科技集团公司第三十研究所，四川 成都 610000）摘要：文章针对跳频通信技术展开了深入探究和分析。

首先，对超短波无线通信技术与跳频通信技术做了简要论述。

毫米波与太赫兹无线通信技术
毫米波与太赫兹无线通信技术是近年来备受关注的新兴技术，它们具有高速、高带宽、低功耗等优点，被广泛应用于5G通信、智能家居、医疗、安防等领域。

毫米波通信技术是指在30GHz至300GHz频段进行无线通信的技术，其频率高、波长短，能够实现高速数据传输和大容量通信。

毫米波通信技术在5G通信中得到了广泛应用，其高速、低延迟的特点能够满足5G通信对于高速、低时延的要求。

同时，毫米波通信技术还可以实现室内定位、智能家居等应用。

太赫兹无线通信技术是指在0.1THz至10THz频段进行无线通信的技术，其频率介于微波和红外线之间，具有高速、高带宽、低功耗等优点。

太赫兹无线通信技术在医疗、安防等领域得到了广泛应用，其能够实现人体成像、物体检测等应用。

毫米波与太赫兹无线通信技术的应用前景广阔，但同时也存在一些挑战。

毫米波通信技术的传输距离较短，穿透能力较差，需要在建筑物内部进行中继，同时还需要解决信号干扰等问题。

太赫兹无线通信技术的设备成本较高，需要进一步降低成本，同时还需要解决信号干扰等问题。

毫米波与太赫兹无线通信技术是未来无线通信的重要发展方向，其应用前景广阔，但同时也需要进一步研究和解决相关技术问题，以
实现更加稳定、高效的无线通信。

第 21 卷 第 9 期2023 年 9 月Vol.21，No.9Sept.，2023太赫兹科学与电子信息学报Journal of Terahertz Science and Electronic Information Technology利用周期结构电磁止带特性的小型化高功率太赫兹振荡器张琳，蔡军，杜英华，冯进军*(北京真空电子技术研究所微波电真空器件国家级重点实验室，北京100015)摘要：高性能实用化辐射源是太赫兹应用的关键器件，利用周期结构电磁色散中的止带区域具有耦合阻抗高的特点，电子注和电磁波能够高效互作用，可以实现大功率太赫兹振荡器。

带边振荡器(BO)相比于传统的返波振荡器(BWO)，可以实现大功率输出，在W波段能达到百瓦量级，太赫兹波段能达到瓦级；采用周期永磁聚焦系统，可以实现小体积轻质量；慢波结构尺寸短，结构简单；成本低，具有批量生产能力。

本文提出可构建3π止带的交错子周期折叠波导慢波结构(FWG SWS)和双频双模双向带边振荡器工作机理，采用皮尔斯双阳极电子枪、周期永磁聚焦系统、金刚石输能窗以及高效率收集极，设计和研发了频率在100 GHz以上的几种带边振荡器，实现了100 GHz频段140 W的功率输出，120 GHz频段实现了30 W的功率输出，在300 GHz实现了1 W以上的功率输出。

关键词：周期结构；色散特性；太赫兹；带边振荡器；真空电子器件中图分类号：TN752 文献标志码：A doi：10.11805/TKYDA2022190Miniaturized high power terahertz oscillator using electromagnetic stop-band characteristics of the metal periodic structureZHANG Lin，CAI Jun，DU Yinghua，FENG Jinjun*(National Key Laboratory of Science and Technology on Vacuum Electronics，Beijing Vacuum Electronics Research Institute，Beijing 100015，China)AbstractAbstract：：High performance and practical radiation source is the key device for terahertz applications. High power terahertz oscillators can be realized by utilizing the great impedance near π, 2πand 3πstop-band which means that strong interaction can occur. Compared with the traditionalBackward Wave Oscillator(BWO), the Band-edge Oscillator(BO) can achieve high power which canachieve the order of 100 W in W band and 1 W in the THz regime; can realize miniaturized device withPeriodic Permanent Magnet(PPM) focusing system; can realize compact structure with Folded WaveguideSlow Wave Structure(FWG SWS) which is short in size and simple in structure; can realize low cost massproduction. In this research, a stagger half-period FWG SWS and a novel operation concept for the BOwith the folded waveguide are proposed. The BO is composed of Pierce-style double-anode convergentelectron gun, periodic permanent magnet focusing system, diamond pill-box window and high efficiencycollector. Several novel BOs above 100 GHz have been simulated, fabricated and tested, which achievedoutput power of 140 W at 100 GHz, 30 W at 120 GHz, and over 1 W at 300 GHz. The dispersioncharacteristics, design of devices and test results are described and analyzed.KeywordsKeywords：：periodic structure；dispersion characteristics；terahertz；Band-edge Oscillators；vacuum electron devices在电磁频谱中，一般将300 GHz~10 THz范围内的电磁波称为太赫兹波，在波谱中处于毫米波和红外线之间，相对于更低频率的毫米波，太赫兹波具有更高的频率和更宽的绝对带宽，利用这一特点，太赫兹波可应用于高速无线通信[1-2]；相对于更高频率的光波，太赫兹波的光子能量较低，可以实现对活体生物组织的太赫兹成像和文章编号：2095-4980（2023）09-1065-08收稿日期：2022-09-28；修回日期：2022-11-13*通信作者：冯进军email:***********************.cn太赫兹科学与电子信息学报第 21 卷检查，可广泛应用于安检领域和医学领域[3-4]。

太赫兹技术研究背景与意义
以太赫兹技术是一种新兴的无线通信技术，其频率范围在300GHz 至3THz之间。

以太赫兹技术的研究背景和意义在于其在通信、医疗、安全检测等领域的广泛应用。

以太赫兹技术在通信领域的应用前景广阔。

由于其高频率和大带宽特性，以太赫兹技术可以实现高速数据传输，比如在5G通信中，以太赫兹技术可以提供更高的数据传输速率和更低的延迟，从而满足人们对于高速、低延迟通信的需求。

以太赫兹技术在医疗领域的应用也备受关注。

以太赫兹波可以穿透人体组织，而且对生物组织的损伤很小，因此可以用于医学成像、癌症检测等方面。

同时，以太赫兹技术还可以用于药物检测和分析，为医学研究提供了新的手段。

以太赫兹技术在安全检测领域也有着广泛的应用。

以太赫兹波可以穿透许多物质，如纸张、塑料、衣物等，因此可以用于安全检测领域，如行李检测、人员安检等。

此外，以太赫兹技术还可以用于无损检测，如检测建筑物、桥梁等结构的缺陷和损伤。

以太赫兹技术的研究背景和意义在于其在通信、医疗、安全检测等领域的广泛应用。

随着技术的不断发展和完善，相信以太赫兹技术将会在更多领域得到应用，为人们的生活带来更多便利和安全。

未来无线通信系统展望及我国发展战略在科学技术的发展日新月异的大浪潮下，无线通讯技术的发展大势可谓是十分可观，随着人们生活水平的改善，现代化烙印在人们生活中可以说是越来越深，人们的生产生活越来越依赖于无线通信技术的发展。

为此，简要介绍了无线通信技术的发展现状，通过对现有的通信技术和网络进行分析，然后对无线通信技术的未来发展趋势做出了可能的预测，并且规划了我国无线通信技术未来的发展战略。

标签：无线通信系统；终端软件；Bluetooth；发展趋势；发展战略doi：10.19311/ki.1672 3198.2016.22.0400 引言随着信息技术与网络技术的不断革新与突破，现代无线通信技术在我国得到了持续不断的可观发展。

在现代的网络平台上，通信技术本身的发展也在不断推动计算机网络的发展，使现代网络越来越朝着开放、安全、与知识性相统一的方向发展，而光纤通信技术更是成为了现代通信技术的关键组成部分之一，并且在我国得到了迅速的发展。

从当前的现代通信技术发展情况而言，我国现代通信技术已经逐步向无线通讯技术这一大方向发展，而且据有关数据分析其总体的发展前景仍然是十分乐观的。

1 无线通信技术的发展历程（1）初期阶段：20世纪20年代初～50年代初，无线通信设备只在航海船舰和军需用品中得到较广泛的应用，当时采用的还是短波频和电子管技术，传输速率还很慢，传输效果不好，传输质量容易受天气和地域影响，直到在这个阶段尾端才出现150MHZ VHF单工汽车公用移动电话系统—MTS。

（2）中期阶段：20世纪50年代～60年代，这个时期无线通信技术频段已经扩展到UHF450MHZ，半导体设备器件技术已经开始逐渐成熟。

并被应用于更多领域，解决了许多之前的发展难题。

（3）后期阶段：20世纪70年代初至80年代初，这个时期频段已经扩展到了800MHZ，第一代移动通信系统已经产生了，并迅速打入了市场。

（4）20世纪90年代，数字技术的成功应用对无线通信的发展也有很大的影响，以GSM为代表的第二代蜂窝移动通信系统和以数字音频广播/数字视频广播DAB/DVB为标志的数字广播系统相继涌现。

UWB无线通信技术在工业领域中的应用研究UWB( Ultra-wideband)无线通信技术是一种新兴的无线通信技术，它与传统的无线通信技术不同，它的带宽非常宽，可以达到几GHz或更高，传输速率可以达到Gbps级别，具有高速率、低功耗、低成本、高可靠性等优点。

UWB无线通信技术在工业领域中有着广泛的应用。

一、UWB无线通信技术在工业领域中的应用1、UWB无线传感器网络UWB无线传感器网络是应用UWB通信技术的一种无线传感器网络。

UWB无线传感器网络在工业领域中广泛应用，它可以实现对工业生产过程的全方位监测和控制。

例如在汽车制造过程中，可以利用UWB无线传感器网络实现对汽车车身的检测，包括车身的误差、变形等参数，以及对机器人的远程控制等功能。

2、UWB无线移动机器人控制技术UWB无线移动机器人控制技术可以实现机器人自主导航、实时监测及避障等功能。

在工业生产中，机器人是非常普遍的应用，UWB无线移动机器人控制技术可以提高机器人的精度，并且有效地避免机器人与其他设备的碰撞。

3、UWB无线通信技术在机器人测绘领域中的应用UWB无线通信技术在机器人测绘领域中也有着广泛的应用。

例如，在三维数字图像中对物体的准确测量、3D模型调整、地图制作、机器人导航等方面都可以使用UWB无线通信技术。

4、超高精度测距技术利用UWB无线通信技术的超高精度测距技术，可以实现对工业流程中各种设备的距离测量，例如车身匹配时，利用UWB技术可以实时监测车身的位置和姿态信息，从而使车身装配工序更加精准快速。

二、 UWB无线通信技术在工业领域中的应用的优点1、高速率UWB无线通信技术的带宽非常宽，可以达到几GHz或更高，传输速率可以达到Gbps级别，这使得UWB通信具有非常高的传输速率，在实时性要求很高的工业场景中运用效果非常显著。

2、低功耗相比较传统的无线通信技术，UWB无线通信技术的传输功率更低，能够提高设备的电池使用寿命，同时也更节约能源。

60GHz光载无线通信系统关键技术的研究中期报告
60GHz光载无线通信系统是一种利用毫米波频段的无线通信技术，
具有高速传输和低功耗的特点，适用于短距离高速传输场景，如室内多
媒体传输、高清视频传输和无线设备之间的快速数据传输等。

本文报告
了60GHz光载无线通信系统关键技术的研究中期成果。

首先，本文针对60GHz信道的特点，设计了一种自适应的信道估计方法。

该方法利用了60GHz信道的富多径特性，采用了一种类似于压缩
感知的方法，通过少量的测量来对信道进行估计，从而实现动态调整传
输速率和信道编码率，提高了系统的性能。

其次，在60GHz通信系统中，天线的设计也是一个重要的研究方向。

本文提出了一种低成本、低复杂度、高增益的双极化天线设计方案，该
方案结合了圆极化天线和双线极化天线的优点，通过某些结构设计，使
天线具有更好的方向性、增益和极化特性。

最后，本文研究了60GHz光载无线通信系统的功耗优化技术。

该技术采用了一种时域线性预编码方法，可以有效地减少系统的功耗。

具体地，该方法通过多个天线和预编码矩阵对信号进行处理，可以降低功耗、延长移动设备的电池寿命，并且保证了通信的可靠性。

综上所述，本文介绍了60GHz光载无线通信系统关键技术的研究中期成果。

研究成果表明，在60GHz频段的高速通信场景中，自适应信道
估计、双极化天线设计和功耗优化技术都可以提高通信系统的性能和可
靠性。

这些技术的应用将推动60GHz光载无线通信系统在未来的商业应
用中得到广泛的应用。