一種多頻段寬帶太赫茲信號等效時間采樣系統

本發明屬于無線通信，具體涉及一種多頻段寬帶太赫茲信號等效時間采樣系統。

背景技術：

1、波分復用技術，即射頻域中的頻分復用技術，已被廣泛應用太赫茲領域。在太赫茲通信領域，可以通過多個子載波復用的方式來提升系統的傳輸容量。目前通過六個子載波復用，在300-500ghz頻段內，可以實現260gbps的信號傳輸；在太赫茲雷達探測領域，通過在多個頻段調制感知信息，可以大大提升感知的分辨精度。目前通過在三個頻段加載線性調頻信號，可以實現毫米級的感知精度。

2、目前，基于波分復用的太赫茲系統主要通過諧波混頻器和光電器件實現信號的下變頻采樣分析。對于寬頻范圍內的波分復用信號，例如100-160ghz，300-500ghz等，由于核心關鍵器件帶寬的限制，基于以上兩種方式的采樣系統需要通過多次變更本振信號的頻點實現對寬頻信號的分段式接收，難以同時實現寬帶范圍內信號的監測和分析。為了克服這一技術瓶頸，亟待探索新的多頻段太赫茲通信采樣系統實現對信號的處理和分析。

3、經文獻檢索發現，來自瑞典皇家理工學院的xiaodan?pang等人于2016年在ieeephotonics?conference(ipc)期刊上發表論文“260gbit/sphotonic-wireless?link?inthe?thz?band”。該文獻中，單行載流子二極管作為發射機產生6路太赫茲通信信號，次諧波混頻器作為接收機，將多頻段太赫茲信號分別下變頻到中頻域進行接收。受限于諧波混頻器的工作帶寬，該系統只能通過多次變更本振信號的頻點實現對多路太赫茲信號的分時采樣分析。

4、又經文獻檢索發現，來自德國卡爾斯魯厄理工學院光子學與量子電子學研究所的t.harter等人于2019年在optica期刊上發表論文“wireless?thz?link?withoptoelectronic?transmitter?and?receiver”。該文獻中，單行載流子二極管作為發射機產生20路太赫茲通信信號，光電導天線作為接收機，實現對太赫茲信號的下變頻分析。然而，受限于接收端跨阻放大器帶寬的限制，系統只能通過多次變更光本振信號的頻率實現對20個子載波信號的分時接收。

技術實現思路

1、鑒于上述，本發明的目的是提供一種多頻段寬帶太赫茲信號等效時間采樣系統，其中，光電采樣器件在超短光脈沖的激勵下，與太赫茲信號通過混頻效應實現采樣過程。相比于現有的基于諧波混頻器、光電器件的下變頻采樣系統，本發明借助于多頻段等效光電采樣理論，將多路太赫茲信號同時等效采樣到低頻域，只需要采用低頻電子器件即可實現多路信號的采樣和處理，極大降低了信號分析的成本。

2、為實現上述發明目的，實施例提供的一種一種多頻段寬帶太赫茲信號等效時間采樣系統，包括：多頻段太赫茲信號產生模塊、多頻段太赫茲信號等效采樣模塊；

3、所述多頻段太赫茲信號產生模塊用于產生多頻段太赫茲信號并進行輻射；

4、所述多頻段太赫茲信號等效采樣模塊基于多頻段等效光電采樣理論，對多頻段太赫茲信號進行捕獲并采樣到低頻域。

5、優選地，所述多頻段太赫茲信號產生模塊包括k個太赫茲信號源、k個調制器、合束器、以及太赫茲發射器；

6、單個太赫茲信號源和單個調制器形成一個頻段通路，在一個頻段通路中，單個太赫茲信號源產生單個頻段的太赫茲載波信號，通過單個調制器將基帶信號調制到太赫茲載波信號形成單個頻段的太赫茲信號；

7、k個頻段通路輸出的太赫茲信號經過合束器形成一路信號后，該一路信號通過太赫茲發射器輻射到自由空間。

8、優選地，所述太赫茲信號源包括基于電子學的太赫茲輻射源、或基于光子學的太赫茲輻射源；

9、所述基于電子學的太赫茲輻射源包括基于真空電子技術的太赫茲輻射源、基于高能加速器的太赫茲輻射源、基于硅基材料的太赫茲輻射源、和/或基于iii-v族化合物的太赫茲輻射源；

10、所述基于光子學的太赫茲輻射源包括基于超快激光技術的太赫茲輻射源、太赫茲量子級聯激光器、基于光混頻技術的太赫茲輻射源、和/或太赫茲自由電子激光器。

11、優選地，所述調制器為強度調制器或者iq調制器；

12、所述太赫茲發射器采用單行載流子光電二極管。

13、優選地，所述多頻段太赫茲信號等效采樣模塊包括超短脈沖激光器、光電采樣器件、k個濾波器、以及數字信號處理器；

14、超短脈沖激光器產生低重復頻率的超短光脈沖，光電采樣器件在超短光脈沖的激勵下，基于多頻段等效光電采樣理論，與自由空間的多頻段太赫茲信號通過混頻效應實現光學采樣，將多頻段太赫茲信號采樣到低頻域，低頻域的信號經過k個濾波器分別濾出不同頻段的有用信號后被數字信號處理器接收和重建恢復。

15、優選地，所述超短脈沖激光器包括增益開關半導體激光器、鎖模半導體激光器、和/或鎖模光纖激光器。

16、優選地，所述光電采樣器件包括等離子體強度調制器、單行載流子光電二極管、和/或光電導天線。

17、優選地，所述數字信號處理器包括單片機，數字信號處理器、現場可編程門陣列、或示波器。

18、優選地，所述多頻段太赫茲信號等效采樣模塊中，基于多頻段等效光電采樣理論進行等效采樣時，需要同時滿足以下條件：

19、

20、

21、

22、其中，fs為超短脈沖激光器輸出的超短光脈沖的低重復頻率，取值為小于100mhz，δfn＝|fn-mnfs|，表示太赫茲載波信號的最大頻率fn與低重復頻率fs之間的頻率差，mn為使δfn最小的整數，m為展寬因子，f1表太赫茲載波信號的最小頻率，b為基帶信號的帶寬。

23、優選地，濾波器的在進行低通濾波時，帶寬需要滿足：

24、

25、其中，bfilter表示濾波器的帶寬。

26、與現有技術相比，本發明具有的有益效果至少包括：

27、(1)本發明將等效光電采樣技術與多頻段寬帶太赫茲系統相結合，可以實現多頻段太赫茲信號的同時采樣，解決了現有采樣系統需分時處理的問題；

28、(2)本發明基于多頻段等效光電采樣理論，可以將接收到的多路太赫茲信號同時等效采樣到低頻域。因此，只需要低速的電子器件即可實現對多頻段太赫茲信號的采樣，大大降低了信號分析的成本；

29、(3)本發明可以靈活設置發射端太赫茲載波的數量、基帶信號的類型以及接收端飛秒光脈沖的重復頻率，進而可以實現對多通道、任意調制格式信號的等效采樣，系統結構可靈活配置。

技術特征：

1.一種多頻段寬帶太赫茲信號等效時間采樣系統，其特征在于，包括：多頻段太赫茲信號產生模塊、多頻段太赫茲信號等效采樣模塊；

2.根據權利要求1所述的多頻段寬帶太赫茲信號等效時間采樣系統，其特征在于，所述多頻段太赫茲信號產生模塊包括n個太赫茲信號源、n個調制器、合束器、以及太赫茲發射器；

3.根據權利要求2所述的多頻段寬帶太赫茲信號等效時間采樣系統，其特征在于，所述太赫茲信號源包括基于電子學的太赫茲輻射源、或基于光子學的太赫茲輻射源；

4.根據權利要求2所述的多頻段寬帶太赫茲信號等效時間采樣系統，其特征在于，所述調制器為強度調制器或者iq調制器；

5.根據權利要求2所述的多頻段寬帶太赫茲信號等效時間采樣系統，其特征在于，所述多頻段太赫茲信號等效采樣模塊包括超短脈沖激光器、光電采樣器件、n個濾波器、以及數字信號處理器；

6.根據權利要求5所述的多頻段寬帶太赫茲信號等效時間采樣系統，其特征在于，所述超短脈沖激光器包括增益開關半導體激光器、鎖模半導體激光器、和/或鎖模光纖激光器。

7.根據權利要求5所述的多頻段寬帶太赫茲信號等效時間采樣系統，其特征在于，所述光電采樣器件包括等離子體強度調制器、單行載流子光電二極管、和/或光電導天線。

8.根據權利要求5所述的多頻段寬帶太赫茲信號等效時間采樣系統，其特征在于，所述數字信號處理器包括單片機，數字信號處理器、現場可編程門陣列、或示波器。

9.根據權利要求5所述的多頻段寬帶太赫茲信號等效時間采樣系統，其特征在于，所述多頻段太赫茲信號等效采樣模塊中，基于多頻段等效光電采樣理論進行等效采樣時，需要同時滿足以下條件：

10.根據權利要求9所述的多頻段寬帶太赫茲信號等效時間采樣系統，其特征在于，濾波器的在進行低通濾波時，帶寬需要滿足：

技術總結
本發明公開了一種多頻段寬帶太赫茲信號等效時間采樣系統，包括：多頻段太赫茲信號產生模塊、多頻段太赫茲信號等效采樣模塊；所述多頻段太赫茲信號產生模塊用于產生多頻段太赫茲信號并進行輻射；所述多頻段太赫茲信號等效采樣模塊基于多頻段等效光電采樣理論，對多頻段太赫茲信號進行捕獲并采樣到低頻域。相比于現有的基于諧波混頻器、光電器件的下變頻采樣系統，本發明借助于多頻段等效光電采樣理論，將多路太赫茲信號同時等效采樣到低頻域，只需要采用低頻電子器件即可實現多路信號的采樣和處理，極大降低了信號分析的成本。

技術研發人員：張紅旗,張鹿,余顯斌
受保護的技術使用者：浙江大學
技術研發日：
技術公布日：2024/10/21