太赫兹通信系统初步仿真与实验技术研究

论文摘要

目前,相对于高速发展的微波波段无线通信技术以及成熟的光波波段有线通信技术,太赫兹波作为一个介于微波与光波之间的全新频段尚未被完全开发。另一方面,无线通信对于数据传输速率以及带宽的要求越来越高,微波通信低的数据传输率以及窄的带宽已经无法满足未来高速宽带无线通信发展的需要。在这种情形下,太赫兹通信不可避免地成为了未来无线通信发展的主力军。本论文主要结合国内外先进的太赫兹设备与通信技术,从利用阵列波导光栅的光学元件产生连续低频太赫兹波以及光脉冲触发光导天线产生脉冲宽带太赫兹波这两个角度出发,分别对这两种太赫兹通信系统作了相应的建模与仿真。主要分析了通信系统发射端的输出功率、传输信号的功率压缩、误码率以及通信系统的频率响应等方面的问题。另外,基于以上通信理论的仿真分析,利用实验室现有的光学器材,采用光脉冲触发光导天线产生太赫兹波的脉冲调制技术,搭建了可用于实际通信环境的太赫兹脉冲宽带通信系统,并成功传输了低频的开关信号。从接收数据结果来看,该系统具有抗噪声较强、稳定性较高等优点。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 英汉缩略语表
• 符号表
• 1 绪论
• 1.1 太赫兹频段简介以及太赫兹技术研究现状
• 1.1.1 太赫兹频段的特点
• 1.1.2 太赫兹波的应用
• 1.2 太赫兹通信系统的构成
• 1.2.1 太赫兹辐射源
• 1.2.2 太赫兹调制器
• 1.2.3 太赫兹天线
• 1.2.4 太赫兹探测器
• 1.2.5 太赫兹传输波导
• 1.2.6 太赫兹无线通信的信道特性
• 1.2.7 太赫兹通信系统的研究
• 1.3 课题研究的意义、内容、以及章节安排
• 1.3.1 课题研究的意义
• 1.3.2 课题研究的内容
• 1.3.3 章节安排
• 2 通信系统的仿真方法
• 2.1 无线通信系统的仿真方法
• 2.1.1 无线通信系统的三级仿真
• 2.1.2 通信系统建模的基本概念
• 2.1.3 仿真系统的性能评估
• 2.1.4 仿真系统的误差分析
• 2.2 本文通信系统的Matlab/Simulink仿真方法
• 2.2.1 基于Simulink的通信系统仿真简介
• 2.2.2 Simulink模块的射频工具箱
• 2.3 Hfss数值计算方法
• 2.3.1 太赫兹天线工程问题的分析方法
• 2.3.2 F-FEM基本求解原理
• 2.3.3 Hfss自适应迭代算法
• 2.3.4 Hfss辐射问题求解原理
• 2.3.5 天线的参数
• 2.4 小结
• 3 太赫兹整体通信系统建模与仿真
• 3.1 120GHz喇叭天线的设计与仿真
• 3.2 120GHz低频太赫兹通信系统建模与仿真
• 3.3 基于光导天线结构的太赫兹脉冲通信系统建模与仿真
• 3.3.1 太赫兹脉冲通信实验系统原理简介
• 3.3.2 Simulink建模与仿真分析
• 3.4 小结
• 4 太赫兹通信系统的实验搭建
• 4.1 THz-TDS简介
• 4.2 通信系统实验原理
• 4.3 通信实验系统搭建
• 4.4 系统优化以及噪声分析
• 4.4.1 系统优化
• 4.4.2 噪声分析
• 4.5 通信实验结果分析
• 4.6 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 附录
• 作者简介