一种太赫兹通信收发系统的制作方法

本申请涉及无线通信，特别涉及一种太赫兹通信收发系统。

背景技术：

1、数据中心作为处理和存储大量数据的场所，对数据传输速度有着极高的要求。现有的无线通信技术方案通常采用毫米波和自由空间光通信技术。但前者受物理频带的限制，限制了毫米波无线通信系统的通信速率的提升；后者受收发无法一体的限制，增加了系统的复杂性。而随着无线通信技术的发展，太赫兹频段逐渐表现出了毫米波和光通信的各自优点，太赫兹无线通信系统成为了当前的主要研究方向。但现有的太赫兹无线通信系统的射频前端需要本振源、功率放大器、倍频器、混频器和检波器等多个射频模块，这会增加射频装置的空间复杂度和电路功耗，同样也会限制通信速率的提升。因此，如何同时降低系统的复杂性和提升通信速率，以满足数据中心的高速拓扑互联的无线应用需求，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本申请的目的是提供一种太赫兹通信收发系统，从而实现同时降低系统的复杂性和提升通信速率的效果。

2、为实现上述目的，本申请提供了一种太赫兹通信收发系统，包括：结构相同的至少两个收发装置；所述收发装置包括基带装置、中频装置和射频装置；所述中频装置包括衰减器、放大器和偏置器；所述射频装置包括rtd芯片收发单元和天线单元；至少一个所述收发装置用于发射太赫兹信号，至少一个所述收发装置用于接收所述太赫兹信号；

3、当所述收发装置用于发射所述太赫兹信号时，所述基带装置、所述衰减器、所述偏置器和所述rtd芯片收发单元依次连接形成链路，使经过所述基带装置和所述衰减器处理后的信号，送入所述rtd芯片收发单元，并在所述偏置器的驱动下完成所述太赫兹信号的产生和调制后，通过所述天线单元出射所述太赫兹信号；

4、当所述收发装置用于接收所述太赫兹信号时，所述基带装置、所述放大器、所述偏置器和所述rtd芯片收发单元依次连接形成链路，使射入所述天线单元的所述太赫兹信号，送入所述rtd芯片收发单元，并在所述偏置器的驱动下完成所述太赫兹信号的接收和解调后，送入所述放大器和所述基带装置进行处理。

5、可选的，所述中频装置还包括：电源配置单元和开关；所述基带装置和所述衰减器依次连接后和所述开关的第一端连接；所述基带装置和所述放大器依次连接后和所述开关的第二端连接；所述开关的第三端和所述偏置器连接；所述偏置器和所述rtd芯片收发单元连接；

6、当所述收发装置用于发射所述太赫兹信号时，所述基带装置发送第一控制指令给所述电源配置单元，使所述电源配置单元将对应的驱动信号配置给所述衰减器、所述开关和所述偏置器，并使所述开关的所述第一端和所述第三端导通；

7、当所述收发装置用于接收所述太赫兹信号时，所述基带装置发送第二控制指令给所述电源配置单元，使所述电源配置单元将对应的驱动信号配置给所述放大器、所述开关和所述偏置器，并使所述开关的所述第二端和所述第三端导通。

8、可选的，所述基带装置包括解复用装置和多个基带单元；所述解复用装置用于将输入信号解复用后，送入每个所述基带单元进行处理；

9、所述中频装置包括和所述基带单元数量相同的中频单元；每个所述中频单元包括所述衰减器、所述放大器和所述偏置器；所述rtd芯片收发单元包括和所述基带单元数量相同的rtd芯片；所述rtd芯片和所述偏置器一一连接；一个所述基带单元、一个所述中频单元和一个所述rtd芯片构成一条信号传输通道；不同所述信号传输通道传输不同频率的信号；

10、所述基带装置发送第三控制指令给所述电源配置单元，使所述电源配置单元根据所述第三控制指令将对应的驱动信号配置给每个基带单元和每个中频单元，并控制每条信号传输通道的所述开关处于发射状态或接收状态。

11、可选的，所述天线单元是透镜天线；所述透镜天线覆盖多个所述rtd芯片；所述透镜天线用于将经过每个所述rtd芯片调制后的所述太赫兹信号均以锥形波束状态出射。

12、可选的，所述收发装置设置在数据中心的机柜的内部机箱或所述机柜的侧壁，用于所述机柜内部的数据传输或移动机器人的数据运输。

13、可选的，所述基带装置包括一个基带单元；所述中频装置包括一个中频单元；所述中频单元包括所述衰减器、所述放大器和所述偏置器；所述rtd芯片收发单元包括一个rtd芯片。

14、可选的，所述天线单元是透镜天线；所述透镜天线覆盖所述rtd芯片；所述透镜天线用于将经过所述rtd芯片调制后的所述太赫兹信号以笔形波束状态出射。

15、可选的，所述收发装置设置在数据中心的机柜的顶部，用于米级机柜拓扑结构的无线传输。

16、可选的，所述透镜天线包括半球区和扩展区；所述扩展区与所述半球区的底面接触；所述半球区的半径和所述扩展区的厚度是预先通过射线追迹方式，固定或限制所述半球区的半径，控制所述扩展区的厚度使所述太赫兹信号经过所述透镜天线传输后以所述笔形波束状态或所述锥形波束状态出射后确定的。可选的，所述透镜天线四周还设置有抗反射区。

17、显然，本申请基于rtd芯片的非线性振荡特性，经过处理后的基带信号和偏置器中的驱动信号送入rtd芯片的负性微分电阻区，可同时完成太赫兹信号的产生和调制；调制后的太赫兹信号能够被对端rtd芯片接收并通过自混频的方式直接解调出基带信号，该太赫兹通信收发系统具有以下有益效果：

18、(1)本申请通过rtd芯片可直接产生、调制和探测太赫兹信号，相比现有的多个射频模块级联的方式，有效地降低了射频装置的空间复杂度和电路功耗；同时rtd芯片能够提供高频率的太赫兹源，且物理尺寸更小结构更简单，在相同空间里能够实现更高的收发速率，有效提升了通信速率和设备小型化；

19、(2)本申请提出的系统架构共用同样的rtd芯片进行收发，相比现有的毫米波和自由空间光通信技术，克服了频带限制和降低了系统的复杂度；

20、(3)本申请提出的架构数字基带部分进行的信号处理算法简单，将基带信号通过一路一次调制到太赫兹频段，相比现有的采用零中频架构进行i/q混频的方式，减少了混频损耗，提升了传输信噪比和抗干扰性能。

技术特征：

1.一种太赫兹通信收发系统，其特征在于，包括：结构相同的至少两个收发装置；所述收发装置包括基带装置、中频装置和射频装置；所述中频装置包括衰减器、放大器和偏置器；所述射频装置包括rtd芯片收发单元和天线单元；至少一个所述收发装置用于发射太赫兹信号，至少一个所述收发装置用于接收所述太赫兹信号；

2.根据权利要求1所述的太赫兹通信收发系统，其特征在于，所述中频装置还包括：电源配置单元和开关；所述基带装置和所述衰减器依次连接后和所述开关的第一端连接；所述基带装置和所述放大器依次连接后和所述开关的第二端连接；所述开关的第三端和所述偏置器连接；所述偏置器和所述rtd芯片收发单元连接；

3.根据权利要求2所述的太赫兹通信收发系统，其特征在于，所述基带装置包括解复用装置和多个基带单元；所述解复用装置用于将输入信号解复用后，送入每个所述基带单元进行处理；

4.根据权利要求3所述的太赫兹通信收发系统，其特征在于，所述天线单元是透镜天线；所述透镜天线覆盖多个所述rtd芯片；所述透镜天线用于将经过每个所述rtd芯片调制后的所述太赫兹信号均以锥形波束状态出射。

5.根据权利要求4所述的太赫兹通信收发系统，其特征在于，所述收发装置设置在数据中心的机柜的内部机箱或所述机柜的侧壁，用于所述机柜内部的数据传输或移动机器人的数据运输。

6.根据权利要求2所述的太赫兹通信收发系统，其特征在于，所述基带装置包括一个基带单元；所述中频装置包括一个中频单元；所述中频单元包括所述衰减器、所述放大器和所述偏置器；所述rtd芯片收发单元包括一个rtd芯片。

7.根据权利要求6所述的太赫兹通信收发系统，其特征在于，所述天线单元是透镜天线；所述透镜天线覆盖所述rtd芯片；所述透镜天线用于将经过所述rtd芯片调制后的所述太赫兹信号以笔形波束状态出射。

8.根据权利要求7所述的太赫兹通信收发系统，其特征在于，所述收发装置设置在数据中心的机柜的顶部，用于米级机柜拓扑结构的无线传输。

9.根据权利要求4或7所述的太赫兹通信收发系统，其特征在于，所述透镜天线包括半球区和扩展区；所述扩展区与所述半球区的底面接触；所述半球区的半径和所述扩展区的厚度是预先通过射线追迹方式，固定或限制所述半球区的半径，控制所述扩展区的厚度使所述太赫兹信号经过所述透镜天线传输后以所述笔形波束状态或所述锥形波束状态出射后确定的。

10.根据权利要求4或7所述的太赫兹通信收发系统，其特征在于，所述透镜天线四周还设置有抗反射区。

技术总结本申请公开了一种太赫兹通信收发系统，属于无线通信技术领域。该太赫兹通信收发系统，基于RTD芯片的非线性振荡特性，经过处理后的基带信号和偏置器中的驱动信号送入RTD芯片的负性微分电阻区，可同时完成太赫兹信号的产生和调制；调制后的太赫兹信号能够被对端RTD芯片接收并通过自混频的方式直接解调出基带信号。本申请有效地降低了射频装置的空间复杂度和电路功耗，有效提升了通信速率和设备小型化；克服了频带限制和降低了系统的复杂度；减少了混频损耗，提升了传输信噪比和抗干扰性能。技术研发人员：吴错,苏娟,刘金鑫,刘娟,谭为,林长星受保护的技术使用者：中国工程物理研究院电子工程研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/9