【摘要】：太赫茲(Terahertz,THz)是指頻率介于0.1-10THz之間的的電磁波,具有高載頻、大可操作帶寬、高穿透性、頻譜指紋等特性,在高速無線通信、太赫茲譜學、成像、雷達等領(lǐng)域都具有潛在應(yīng)用。其中太赫茲雷達充分應(yīng)用了太赫茲波特性,近年來受到科研界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注和研究。相比于微波/毫米波雷達,太赫茲雷達具有更大的帶寬,可實現(xiàn)更高的距離分辨率,并且可以穿透煙塵等,更適合戰(zhàn)場環(huán)境。當前,許多太赫茲雷達已經(jīng)被提出和實現(xiàn),通常是基于昂貴和復(fù)雜的電子倍頻器和任意波形發(fā)生器,因而受限于電子器件的性能限制。光子學的方法則可以簡單地在光域處理大帶寬信號,并映射到太赫茲域,從而可以突破電子帶寬瓶頸。為了彌補太赫茲光子雷達系統(tǒng)這一空白,我們將微波光子學產(chǎn)生線性調(diào)頻脈沖的思路移植到太赫茲頻域,提出基于光子學產(chǎn)生大時間帶寬積太赫茲線性調(diào)頻信號的研究課題。本論文首先詳細介紹了太赫茲光子學頻率-時間映射原理,從強度映射和相位映射的角度分析了產(chǎn)生啁啾信號的理論。然后基于上述理論分析,進行了相應(yīng)的實驗驗證。從實驗中,推斷出強度映射的方案不適合產(chǎn)生太赫茲啁啾信號。從而提出基于非平衡色散光學干涉儀映射相位信息的太赫茲啁啾信號產(chǎn)生系統(tǒng)方案,最終實現(xiàn)了帶寬高達62GHz,時間帶寬積高達527的太赫茲線性調(diào)頻脈沖信號,其理論距離分辨率有望達到5.7mm。這是據(jù)我們所知,首次通過光子學方法實驗產(chǎn)生350GHz頻段的線性調(diào)頻脈沖。本論文還進行了初步的太赫茲定位實驗,分析通過光子學產(chǎn)生的啁啾信號的定位能力。而且,針對太赫茲應(yīng)用場景,提出了雙頻段頻分復(fù)用啁啾信號產(chǎn)生系統(tǒng),實驗實現(xiàn)了雙頻段帶寬20GHz以上的信號產(chǎn)生。本論文工作以期為脈沖壓縮雷達的研究提供基于太赫茲光子學的新思路和技術(shù)。
【圖文】：

通過太赫茲頻段的光電探測器（ＰＤ）外差混頻光信號得到太赫茲信號，這逡逑種方法具有更靈活的調(diào)制方式，更大的可操作帶寬等優(yōu)點，也有著發(fā)射功率較低，逡逑穩(wěn)定性，相干性等挑戰(zhàn)。圖１．１展示了近些年來國內(nèi)外太赫茲無線通信的一些成逡逑果（截至２０１６年），可以看到載頻趨向于３００邋ＧＨｚ以上，而數(shù)據(jù)速率也趨向于逡逑幾十Ｇｂｉｔ／ｓ至１００邋Ｇｂｉｔ／ｓ以上。并且所用器件也從全電子趨向于光電的器件。逡逑１００邋＾逡逑0邋？邐＊■邐＊邋？．逡逑Ｂ邋１邐■邐７邐…＿逡逑Ｓ邐＼邐４邐黎．逡逑＼邐．＊＊＇＊邐S脹o逡逑＃邋Ｖ逡逑１００邐２００邐３００邋４００邋５００邋６００７００逡逑Ｃａｒｒｉｅｒ邋ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋（ＧＨｚ）逡逑圖１．１當前國內(nèi)外一些１００ＧＨｚ至７００ＧＨｚ波段高速通信系統(tǒng)成果（截至２０１６年）［２８】逡逑太赫茲波可應(yīng)用于太赫茲時域譜學（ＴＨｚ－ＴＤＳ）邋［１，６』。由于太赫茲頻段頻率逡逑較高，波長較短（０．０３－３邋ｍｍ），大分子結(jié)構(gòu)易受其影響從而產(chǎn)生振動，即不同分逡逑子結(jié)構(gòu)，如水分子等，在太赫茲頻段有其獨特的頻譜特性，也稱之為頻譜指紋，逡逑因此可以通過譜學分析來進行物質(zhì)的鑒定和分析。常見的ＴＨｚ－ＴＤＳ系統(tǒng)如圖逡逑１．２所示，其主要器件包括了飛秒脈沖激光器和光電導(dǎo)天線（ＰＣＡ）等，通過光逡逑電導(dǎo)天線可以產(chǎn)生寬帶的太赫茲脈沖，接收并分析脈沖的透射信號，即可得到樣逡逑品的頻譜特性

（ａ）邐（ｂ）逡逑圖１．３太赫茲脈沖成像原理示意圖（ａ）透射方式；（ｂ）反射方式［３１］逡逑太赫茲雷達可以作為毫米波雷達的擴展。雷達（Ｒａｄｉｏ邋ｄｅｔｅｃｔ邋ａｎｄ邋ｒａｎｇｉｎｇ，Ｒａｄａｒ邋）逡逑通過輻射并接收電磁波，對反射性目標物體進行檢測和定位，在民用和軍事上都逡逑有廣泛的應(yīng)用，例如環(huán)境遙感（氣象觀測雷徸）、空中交通管制（機場監(jiān)視雷徸、逡逑機場成像雷達）、測速雷達以及軍事領(lǐng)域進行海陸空監(jiān)測防御［３２］。通常雷徸信號逡逑會采用調(diào)制的信號，通過對電磁波進行調(diào)制，提高帶寬，從而提高分辨率，，如線逡逑４逡逑
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：O441

【參考文獻】

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1 蔡英武;楊陳;曾耿華;黃祥;王成;江舸;李如忠;陶榮輝;張健;周傳明;姚軍;;太赫茲極高分辨力雷達成像試驗研究[J];強激光與粒子束;2012年01期

2 鄭新;劉超;;太赫茲技術(shù)的發(fā)展及在雷達和通訊系統(tǒng)中的應(yīng)用(Ⅱ)[J];微波學報;2011年01期

本文編號：2669384