THz外调制通信系统基带信号处理及外调制技术基础研究

发布时间：2017-05-16 10:24

  本文关键词：THz外调制通信系统基带信号处理及外调制技术基础研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着无线通信技术的发展,频带资源显得越来越紧缺,现有的频带不仅呈现出饱和的趋势,而且也越来越不能满足人们对于高通信速率的需求。由此,太赫兹通信系统应运而生。相较于目前国际上已经完成的太赫兹通信系统(时域脉冲型、QCL太赫兹通信系统、光电混合型、全电子学型),基于外部直接调制的太赫兹通信系统有其不可替代的优势,它的调制器独立于太赫兹源,方便对其进行独立的研究,并且能够灵活的搭配不同的太赫兹源,可以达到比较大的发射功率,整个系统的调制性能依赖于太赫兹外调制器本身。所以对基于外部直接调制的太赫兹通信系统中的关键性器件太赫兹外调制器的研究成为重点。为检测系统效果,基于外部直接调制的太赫兹通信演示系统的基带业务传输也显得尤为重要。本文主要研究内容和所得成果如下:1、对比目前国际上已经完成的几类太赫兹通信系统所用技术和其性能,并介绍课题组研发并搭建的基于外调制的THz无线通信系统。简单介绍几种太赫兹外调制技术,并详细研究了其中基于Metamaterials的外调制技术。在对二氧化钒的性能和Metamaterials理论学习了解的基础上,通过结构设计、电磁仿真设计出基于VO2的Metamaterials太赫兹调制器的单元结构,并对仿真结果进行分析,分析出结构对于谐振频点以及对太赫兹波吸收的影响,为以后的设计提供了参考。2、采用微细加工制备出基于基于VO2的Metamaterials太赫兹调制器的样品。利用时域光谱系统TPS3000对其进行测试,测试结果跟仿真结果能够很好的吻合,证明设计方法和样品制作方法的可靠性。对加工出的太赫兹调制器样品进行静态和动态的实验,实验结果表明所设计的基于VO2的Metamaterials调制器在目标频点0.34THz附近有较好的调制效果。3、结合基于外调制的THz无线通信系统,提出基带数据传输初步方案,并基于FPGA设计方法,完成发送端基带数据传输,向太赫兹外部调制器提供稳定可靠的调制信号。对接收端的AD采样平台进行初步配置,能够使其正常工作并实现相应的功能。利用课题中所提出的基带传输方案对基于外调制的THz通信系统进行初步联试,实验分别得到50Mbps、100Mbps、150Mbps清晰眼图信号,证明传输方案可行性,为下一步该系统的完整演示打下基础。
【关键词】：太赫兹通信 外调制器 二氧化钒 Metamaterials FPGA
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN914;TN911
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 太赫兹简介10
• 1.2 太赫兹通信10-14
• 1.2.1 太赫兹通信的特点与优势10-11
• 1.2.2 太赫兹通信的调制体制及调制解调技术11-13
• 1.2.3 基于Metamaterials太赫兹外调制器件研究进展13-14
• 1.3 论文研究内容14-15
• 第二章 THz外调制无线通信系统及VO_2外调制器初步研究15-36
• 2.1 THz外调制无线通信系统及其外调制技术15-22
• 2.1.1 THz无线通信系统15-17
• 2.1.2 基于外调制的THz无线通信系统17-18
• 2.1.3 太赫兹外调制技术18-22
• 2.1.3.1 半导体结构外调制器18-20
• 2.1.3.2 光子晶体外调制器20-21
• 2.1.3.3 Metamaterials外调制器21-22
• 2.2 VO_2结合Metamaterials用作太赫兹外调制器22-35
• 2.2.1 相变材料VO_222-23
• 2.2.2 Metamaterials的基本电磁理论23-27
• 2.2.2.1 Metamaterials的电磁特性23-25
• 2.2.2.2 Metamaterials的构造基础25-27
• 2.2.3 基于VO_2的Metamaterials太赫兹调制器结构仿真设计27-30
• 2.2.4 基于VO_2的Metamaterials太赫兹调制器结构制作与实验30-35
• 2.2.4.1 对称双谐振Metamaterials结构的制作30-32
• 2.2.4.2 对称双谐振Metamaterials结构的实验32-35
• 2.3 本章小结35-36
• 第三章 THz外调制无线通信系统基带数据传输研究36-60
• 3.1 基带数据传输方案36-37
• 3.2 发送端功能模块实现及实验37-49
• 3.2.1 发送端软硬件平台及工作原理37-40
• 3.2.1.1 PC到FPGA的指令传输原理38-39
• 3.2.1.2 PC到FPGA的数据传输原理39-40
• 3.2.2 PC端程序设计40-42
• 3.2.3 FPGA内部模块设计42-48
• 3.2.3.1 UART_transfer模块44-46
• 3.2.3.2 USB_ctrl模块46-47
• 3.2.3.3 Parallel_to_serlal模块47-48
• 3.2.4 数据传输实验48-49
• 3.3 信号的AD转换49-57
• 3.3.1 硬件平台及其工作原理49-51
• 3.3.2 信号AD转换的FPGA实现51-56
• 3.3.2.1 SPI配置FMC150各芯片寄存器53-54
• 3.3.2.2 时钟设置54-55
• 3.3.2.3 数据传输55-56
• 3.3.3 结果验证56-57
• 3.4 太赫兹外调制通信系统的初步联试57-59
• 3.5 本章小结59-60
• 第四章 全文总结与展望60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-67
• 攻读硕士学位期间取得的成果67-68

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