如今,5g技术正以如燎原之势,覆盖到各行各业之中。由5g开启的物联网(iot)时代,也为我们带来了崭新而便捷的科技体验——医疗、工业制造、消费等等领域都因此受益。
但对于技术战略家们来说,更具“科幻色彩”的6g,似乎才是开启未来的秘钥。自2g技术诞生以来,新技术以10年为周期更新换代,6g时代似乎离我们并不遥远。但科技迭代背后,往往不是技术的叠加,而需要技术的跃迁。
6g通信背后,就有一个不容忽略的关键词——太赫兹。
太赫兹,6g通信的推手
众所周知,赫兹(hz)是频率计量单位。而太赫兹,其实就是其单位thz音译过来的称呼,等于1,000,000,000,000hz。
在通信领域,其远高于大家熟知的4g、5g通信频率。以5g通信为例,它率先开启了毫米波频率的使用,通信频率可达26ghz,不过即使这样,和太赫兹相比,还是有一定距离。另外由于太赫兹频率高,频谱资源丰富,所使用的频率带宽就更高,例如单载波带宽理论上可达10ghz,远高于常规的毫米波带宽400mhz。
为便于理解,我们做个类比,毫米波通信相当于涓涓细流,太赫兹通信则类似滚滚江河,太赫兹不仅载“舟”量更高,“航行”速度相比细流快得也不止一星半点。
太赫兹,为6g开拓更宽广的“江河”
随着现代科技的发展,包括6g通信在内的各类需求不断增多,现有频谱资源可利用空间一再被压缩,而太赫兹凭自身“超凡实力”逐渐引起重视。
太赫兹 (thz) 的频率在0.1thz-10thz之间(波长3mm-30μm),属于微波与光波间的交叉过渡区域,具有光电双重属性,例如太赫兹光子能量低、穿透性强,光谱分辨率好,既不完全遵循电子领域的理论,也不完全遵循光子领域的理论,形成了所谓的“太赫兹空隙”,属于电磁频谱领域上的新兴地带。
此外,太赫兹频段包含大量连续的频谱资源,并因带宽高,数据速率也更为可观。因此,太赫兹频段成为下一代无线通信技术6g的重点研究领域。
目前在6g标准组织中,关于thz的研究方向主要集中在1thz以下,例如110ghz至170ghz的d频段及220ghz至330ghz的h/j频段。更高频段例如300g-500ghz虽然不是主流,但因为此频率范围宽阔,可提供更丰富的频谱资源,也受到了不少企业/高校的关注,属于今后的突破目标之一。
太赫兹,不止于6g的辽阔“征途”
伴随着太赫兹技术的演进,其在光谱和高分辨率成像、通信和感知、大气遥感和天体物理学等领域,不可替代的优越性逐渐显露。
通信和感知
太赫兹具备安全性高、传输快、穿透性高等优势,可良好适应通信需求,不仅可用于6g通信领域,还可服务于数据中心内部通信实现降本增效、自动售货机等自助服务终端与设备内部通信、偏远地区基础设施或大容量前传和回传中的点对点通信链路,亦可通过感知,提供高分辨率的环境地图以及定位信息。
光谱和成像
依赖于不同形态物质的物理特征,太赫兹可与其共振对结构、物性等进行探测、分析与鉴定,以“明察秋毫”之势推动光谱与成像领域的技术革新。
除此之外,在广阔无垠的星空之上,太赫兹技术仍有用武之地,比如探测宇宙中难以触及的分子云等等。
太赫兹,需要更稳定的“航路”
随着频率的大幅增加,太赫兹信号的非线性特征表现明显,需要配套的测试测量设备对太赫兹的射频参数进行验证,帮助科研人员分析问题,以便提升太赫兹通信的性能。而这刚好在罗德与施瓦茨的业务“射程”之内,凭借前沿的射频测试和分析测量设备,推动各行各业向太赫兹时代大步迈进。
器件级的太赫兹测量
通过配套的太赫兹变频器,r&szna矢量网络分析仪可针对thz器件实现高精度的s参数测量,最高可以支持1.1thz的频率。
d频段宽带信号的产生与分析
利用r&s的变频器,可将来自r&ssmw200a矢量信号发生器的调制信号上变频到110ghz-170ghz范围,并将thz信号下变频传输至r&sfsw信号和频谱分析仪,分析thz信号的波形、evm、带外辐射等不同的射频参数。
d频段天线辐射性能测量
使用r&sats1000暗室的球形扫描解决方案,可对动态范围的d频段辐射性能进行测量。
下个十年,我们或将迎来6g时代,这离不开太赫兹技术的大放异彩。随着太赫兹技术的蓬勃发展,我们有理由相信其将成为未来各行业迅猛向前的奠基石。罗德与施瓦茨将利用自身前沿创新的测试和测量技术,为业界太赫兹发展推波助澜。
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