太赫茲無(wú)線通信系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀文獻(xiàn)綜述基于電子學(xué)固態(tài)電路的太赫茲超外差接收機(jī)，主要組成部分包括本振源、混頻器、天線等，其中通常采用倍頻以及多次諧波混頻的方式來(lái)提高頻段。相比于較低頻段的無(wú)線通信系統(tǒng)，由于受到半導(dǎo)體工藝等因素的制約，一直到近二十多年來(lái)才有太赫茲無(wú)線通信系統(tǒng)的相關(guān)報(bào)告。瑞典查爾姆斯理工大學(xué)SonaCarpenter于2014年提出了一種基于250nmInPDHBT工藝的高度集成芯片組，可以應(yīng)用于40Gbps無(wú)線D波段通信。該芯片組專為4G和5G移動(dòng)通信基礎(chǔ)設(shè)施的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)無(wú)線通信而設(shè)計(jì)，實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸率大于40Gbps，測(cè)得的RX轉(zhuǎn)換增益為26dB，噪聲系數(shù)為9dB，測(cè)得的TX轉(zhuǎn)換增益為20dB[81]。圖1.19瑞典查爾姆斯大學(xué)40Gbps無(wú)線D波段通信收發(fā)芯片美國(guó)HRL實(shí)驗(yàn)室許志偉于2015年提出了一種基于65nmCMOS工藝的無(wú)線數(shù)據(jù)通信集成D波段發(fā)送器和接收器。其中Tx與Rx尺寸分別為0.13mm2與0.12mm圖1.20基于65nmCMOS工藝的D波段無(wú)線數(shù)據(jù)通信收發(fā)系統(tǒng)瑞典查爾姆斯理工大學(xué)SonaCarpenter于2016年提出了基于250nmInPDHBT工藝實(shí)現(xiàn)的低功耗超高速無(wú)線通信收發(fā)系統(tǒng)，TX由I/Q調(diào)制器、三倍頻器和寬帶三級(jí)功率放大器組成。該系統(tǒng)具有25dB的單邊帶（SSB）轉(zhuǎn)換增益和9dBm的飽和輸出功率。RX包括一個(gè)帶有D波段放大器的I/Q解調(diào)器和三倍頻鏈路，能夠提供26dB的轉(zhuǎn)換增益，其噪聲系數(shù)為9dB。在外差架構(gòu)中，在采用64-QAM的調(diào)制方式時(shí)，其傳輸速率高達(dá)18Gbit/s，測(cè)得的TX-to-RXEVM為6.8％，頻譜效率為3.6b/s/Hz，并且可以使用144GHz毫米波載波信號(hào)進(jìn)行48Gbit/s的直接正交相移鍵控（QPSK）數(shù)據(jù)傳輸[83]。圖1.21基于250nmInPDHBT工藝實(shí)現(xiàn)的低功耗超高速無(wú)線通信收發(fā)系統(tǒng)日本NEC公司IkumaAndo于2016年提出了一種采用GaAsHEMT工藝的64QAM無(wú)線D波段通信收發(fā)系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用開(kāi)發(fā)的模塊成功演示了64QAM傳輸，數(shù)據(jù)速率為42Gbit/s，占用帶寬小于10GHz，后又證明了60Gbit/s數(shù)據(jù)傳輸?shù)目尚行訹84]。

圖1.22基于GaAsHEMT工藝的64QAM無(wú)線D波段通信收發(fā)系統(tǒng)加州大學(xué)的ArdaSimsek在2018年公布了一套140GHzQPSK收發(fā)系統(tǒng)，該收發(fā)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為使用45nmCMOSSOI技術(shù)的4通道MIMO（多輸入多輸出）系統(tǒng)的一部分[85]。在12GHz3dB帶寬下，測(cè)得的接收機(jī)轉(zhuǎn)換增益為18dB。然而，窄帶145GHz增益陷波限制了可用帶寬。發(fā)射機(jī)的3dB調(diào)制帶寬為6-8GHz。在使用1V電源對(duì)模塊進(jìn)行供電時(shí)，4通道接收器的總功耗為495mW。圖1.23140GHzMIMO接收機(jī)日本NEC公司伊藤正春于2019年11月提出了一種采用70nmGaAs變質(zhì)高電子遷移率晶體管（mHEMT）技術(shù)的D波段通信收發(fā)系統(tǒng)，主要用于頻分雙工（FDD）系統(tǒng)。該收發(fā)系統(tǒng)包括一個(gè)雙工器、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)模塊，一個(gè)LO和IF電路板以及一個(gè)實(shí)時(shí)調(diào)制解調(diào)器。每個(gè)模塊都包含一個(gè)基于二氧化硅的封裝，在該封裝上使用倒裝芯片鍵合技術(shù)安裝了D波段轉(zhuǎn)換器和E波段乘法器單片微波集成電路（MMIC）。并且在142和157GHz雙工頻率下進(jìn)行了實(shí)時(shí)通信測(cè)試，在采用128QAM的調(diào)制方式時(shí)可實(shí)現(xiàn)具有高頻譜效率的10Gbps傳輸[86]。圖1.24基于70nmGaAs高電子遷移率晶體管（mHEMT）技術(shù)的D波段通信收發(fā)系統(tǒng)中國(guó)清華大學(xué)孟翔宇于2019年提出了一種采用65nmCMOS工藝的150GHzD波段收發(fā)器前端，收發(fā)器前端采用雙轉(zhuǎn)換滑動(dòng)IF外差結(jié)構(gòu)，以減小本振（LO）信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)難度。在發(fā)射機(jī)中，調(diào)制信號(hào)在50GHz時(shí)產(chǎn)生，并與100GHz的LO信號(hào)進(jìn)行上變頻。測(cè)得的發(fā)射機(jī)輸出功率在150GHz時(shí)為2.1dBm，3dB帶寬大于11GHz。測(cè)量結(jié)果還表明RX的級(jí)聯(lián)增益可以設(shè)置為57.4dB至45.6dB，3dB帶寬為9.6GHz-20GHz[87]。圖1.25基于65nmCMOS工藝的150GHzD波段收發(fā)器前端綜上所述，隨著生產(chǎn)工藝的進(jìn)步與應(yīng)用需求的不斷擴(kuò)展，以太赫茲技術(shù)為基礎(chǔ)的太赫茲無(wú)線通信系統(tǒng)研究在國(guó)內(nèi)外備受關(guān)注。由于無(wú)線通信終端對(duì)模塊小型化與成本有嚴(yán)格要求，太赫茲無(wú)線通信系統(tǒng)正逐漸朝著高度集成化的方向發(fā)展。滿足高集成度與低成本要求的系統(tǒng)級(jí)封裝互聯(lián)技術(shù)將成為無(wú)線通信系統(tǒng)研究的重要方向之一。參考文獻(xiàn)SiegelPH.Terahertztechnology[J].IEEETransactionsonMicrowaveTheoryandTechniques,2002,50(3):910-928.劉盛綱，鐘任斌.太赫茲科學(xué)技術(shù)及其應(yīng)用的新發(fā)展[[J].電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2009,38(05):481-486.程兆華，祝大軍，劉盛綱.太赫茲技術(shù)的研究進(jìn)展[J].現(xiàn)代物理知識(shí)，2005(05):40-44.NicholsEF,TearJD.JoiningtheInfra-redandElectricWaveSpectra[J].ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences,1923,9(6):211-214.孫美玉，祁峰，雷靜，等.太赫茲技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用前景[Jl.中國(guó)醫(yī)療設(shè)備，2018,33(07):1-8+36.周俊，劉盛綱.太赫茲生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的研究進(jìn)展[[J].現(xiàn)代應(yīng)用物理，2014(2):85-97.蔣林華，王尉蘇，童慧鑫，等.太赫茲成像技術(shù)在人體安檢領(lǐng)域的研究進(jìn)展[[J].上海理工大學(xué)學(xué)報(bào)，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