【《太赫兹无线通信系统发展现状文献综述》2000字】

太赫兹无线通信系统发展现状文献综述基于电子学固态电路的太赫兹超外差接收机，主要组成部分包括本振源、混频器、天线等，其中通常采用倍频以及多次谐波混频的方式来提高频段。相比于较低频段的无线通信系统，由于受到半导体工艺等因素的制约，一直到近二十多年来才有太赫兹无线通信系统的相关报告。瑞典查尔姆斯理工大学SonaCarpenter于2014年提出了一种基于250nmInPDHBT工艺的高度集成芯片组，可以应用于40Gbps无线D波段通信。该芯片组专为4G和5G移动通信基础设施的点对点无线通信而设计，实际数据传输率大于40Gbps，测得的RX转换增益为26dB，噪声系数为9dB，测得的TX转换增益为20dB[81]。图1.19瑞典查尔姆斯大学40Gbps无线D波段通信收发芯片美国HRL实验室许志伟于2015年提出了一种基于65nmCMOS工艺的无线数据通信集成D波段发送器和接收器。其中Tx与Rx尺寸分别为0.13mm2与0.12mm图1.20基于65nmCMOS工艺的D波段无线数据通信收发系统瑞典查尔姆斯理工大学SonaCarpenter于2016年提出了基于250nmInPDHBT工艺实现的低功耗超高速无线通信收发系统，TX由I/Q调制器、三倍频器和宽带三级功率放大器组成。该系统具有25dB的单边带（SSB）转换增益和9dBm的饱和输出功率。RX包括一个带有D波段放大器的I/Q解调器和三倍频链路，能够提供26dB的转换增益，其噪声系数为9dB。在外差架构中，在采用64-QAM的调制方式时，其传输速率高达18Gbit/s，测得的TX-to-RXEVM为6.8％，频谱效率为3.6b/s/Hz，并且可以使用144GHz毫米波载波信号进行48Gbit/s的直接正交相移键控（QPSK）数据传输[83]。图1.21基于250nmInPDHBT工艺实现的低功耗超高速无线通信收发系统日本NEC公司IkumaAndo于2016年提出了一种采用GaAsHEMT工艺的64QAM无线D波段通信收发系统，该系统利用开发的模块成功演示了64QAM传输，数据速率为42Gbit/s，占用带宽小于10GHz，后又证明了60Gbit/s数据传输的可行性[84]。

图1.22基于GaAsHEMT工艺的64QAM无线D波段通信收发系统加州大学的ArdaSimsek在2018年公布了一套140GHzQPSK收发系统，该收发系统设计为使用45nmCMOSSOI技术的4通道MIMO（多输入多输出）系统的一部分[85]。在12GHz3dB带宽下，测得的接收机转换增益为18dB。然而，窄带145GHz增益陷波限制了可用带宽。发射机的3dB调制带宽为6-8GHz。在使用1V电源对模块进行供电时，4通道接收器的总功耗为495mW。图1.23140GHzMIMO接收机日本NEC公司伊藤正春于2019年11月提出了一种采用70nmGaAs变质高电子迁移率晶体管（mHEMT）技术的D波段通信收发系统，主要用于频分双工（FDD）系统。该收发系统包括一个双工器、发射机和接收机模块，一个LO和IF电路板以及一个实时调制解调器。每个模块都包含一个基于二氧化硅的封装，在该封装上使用倒装芯片键合技术安装了D波段转换器和E波段乘法器单片微波集成电路（MMIC）。并且在142和157GHz双工频率下进行了实时通信测试，在采用128QAM的调制方式时可实现具有高频谱效率的10Gbps传输[86]。图1.24基于70nmGaAs高电子迁移率晶体管（mHEMT）技术的D波段通信收发系统中国清华大学孟翔宇于2019年提出了一种采用65nmCMOS工艺的150GHzD波段收发器前端，收发器前端采用双转换滑动IF外差结构，以减小本振（LO）信号发生器的设计难度。在发射机中，调制信号在50GHz时产生，并与100GHz的LO信号进行上变频。测得的发射机输出功率在150GHz时为2.1dBm，3dB带宽大于11GHz。测量结果还表明RX的级联增益可以设置为57.4dB至45.6dB，3dB带宽为9.6GHz-20GHz[87]。图1.25基于65nmCMOS工艺的150GHzD波段收发器前端综上所述，随着生产工艺的进步与应用需求的不断扩展，以太赫兹技术为基础的太赫兹无线通信系统研究在国内外备受关注。由于无线通信终端对模块小型化与成本有严格要求，太赫兹无线通信系统正逐渐朝着高度集成化的方向发展。满足高集成度与低成本要求的系统级封装互联技术将成为无线通信系统研究的重要方向之一。参考文献SiegelPH.Terahertztechnology[J].IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques,2002,50(3):910-928.刘盛纲，钟任斌.太赫兹科学技术及其应用的新发展[[J].电子科技大学学报，2009,38(05):481-486.程兆华，祝大军，刘盛纲.太赫兹技术的研究进展[J].现代物理知识，2005(05):40-44.NicholsEF,TearJD.JoiningtheInfra-redandElectricWaveSpectra[J].ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences,1923,9(6):211-214.孙美玉，祁峰，雷静，等.太赫兹技术在医疗领域的研究现状与应用前景[Jl.中国医疗设备，2018,33(07):1-8+36.周俊，刘盛纲.太赫兹生物医学应用的研究进展[[J].现代应用物理，2014(2):85-97.蒋林华，王尉苏，童慧鑫，等.太赫兹成像技术在人体安检领域的研究进展[[J].上海理工大学学报，2019,41(01):46-51.KangaslahtiP,SchlechtE,JiangJ,etal.,editors.CubeSatscalereceiversformeasurementoficeinclouds.201614thSpecialistMeetingonMicrowaveRadiometryandRemoteSensingoftheEnvironment(MicroRad);201611-14April2016.JastehD,HoareEG,CherniakovM,etal.ExperimentalLow-TerahertzRadarImageAnalysisforAutomotiveTerrainSensing[J].IEEEGeoscienceandRemoteSensingLetters,2016,13(4):490-494.WangC,LinC,ChenQ,etal.A10-Gbit/sWirelessCommunicationLinkUsing16-QAMModulationin140-GHzBand[J].IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques,2013,61(7):2737-2746.BlundellR,BarrenJ,GibsonH,etal.,editors.ProspectsforterahertzradioastronomyfromnorthernChile.ThirteenthInternationalSymposiumonSpaceTerahertzTechnology;2002.ChenZ,MaX,ZhangB,etal.ASurveyonTerahertzCommunications[J].ChinaCommunications,2019,16(2):1–35.SongH，NagatsumaT.PresentandFutureofTerahertzCommunications[J].IEEETransactionsonTerahertzScienceandTechnology,2011,1(1):256–263.LeeTH,Terahertzelectronics:Thelastfrontier.201444thEuropeanSolidStateDeviceResearchConference(ESSDERC);2014:IEEE.VekslerD,MuravjovA,StillmanW,etal.,editors.DetectionandHomodyneMixingofTerahertzGasLaserRadiationbySubmicronGaAs/A1GaAsFETs.SENSORS,2007IEEE200728-31Oct.2007.AlbrechtJD,RoskerMJ,WallaceHB,etal.,editors.THzElectronicsprojectsatDARPA:Transistors,TMICs,andamplifiers.2010IEEEMTT-SInternationalMicrowaveSymposium;201023-28May2010.TucekJ,GallagherD,KreischerK,etal.,editors.Acompact,highpower,0.65THzsource.2008IEEEInternationalVacu