來源：悅智網(wǎng)

作者：Lily Hay Newman

無線電頻譜3~3000兆赫之間存在的問題是：太擁擠了。電視、廣播、手機、藍牙、GPS、雙向通信設(shè)備以及Wi-Fi都是在這個高頻至超高頻的范圍內(nèi)工作的。因此，由于沒有別的選擇，研究人員花費了幾十年的時間來研究對3~3000千兆赫范圍內(nèi)頻段的利用。一個研究小組曾報告了一個鼓舞人心的發(fā)現(xiàn)，即一項每秒100G的無線數(shù)據(jù)傳輸紀錄。

德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）、弗勞恩霍夫應(yīng)用固體物理研究所和斯圖加特大學的科學家們在相距20米的一臺發(fā)射器和一臺接收器之間搭建了一個頻率為237.5千兆赫的無線連接。這一頻率處于頻譜的毫米波部分，并且非常接近太赫茲的范圍（通常被定義為始于300千兆赫）。太赫茲區(qū)域有很大的潛力，因為它的輻射是非電離的，但可以穿透衣物，從而使先進的炸彈檢測和身體掃描等成為可能。

太赫茲和亞太赫茲頻率作為高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕鉀Q方案也已被研究了數(shù)十年，特別是用于鋪設(shè)光纖網(wǎng)絡(luò)困難昂貴的農(nóng)村或偏遠地區(qū)。

KIT的光子學研究工程師斯文•孔尼格（Swen König）表示：“對于我們來說，最令人興奮的事情是在這個載波頻率里以這種高數(shù)據(jù)速率進行無線通信，而之前沒人能做到這一點。而這只是電信在這個頻率中發(fā)展的開始。”

為了達到如此高的數(shù)據(jù)速率，研究人員搭建了一個實驗系統(tǒng)，將尖端的電子和光子技術(shù)結(jié)合了起來。他們決定在發(fā)射器的設(shè)置中添加光子元素，而不是只使用電子，因為光子可以使用更大的帶寬和動態(tài)范圍。但不足之處是，這個光子方案降低了發(fā)射器的輸出功率。

該小組使用了一種叫做光子混頻器的設(shè)備，它結(jié)合兩束不同頻率的激光并把它們引導(dǎo)到光電二極管。一束激光被調(diào)制為攜帶數(shù)據(jù)，另一束則不攜帶。將激光照射到光電二極管上就產(chǎn)生了一個電信號，其頻率等于兩束激光的頻率之差，即237.5千兆赫。然后，該信號由一個喇叭形的天線發(fā)射出去。

在接收器端，該小組使用了一個由高電子遷移率晶體管組成的定制集成電路，這種化合物半導(dǎo)體設(shè)備可以在毫米波頻率下運行。這種僅幾平方毫米的芯片是將太赫茲接收技術(shù)引入智能手機和平板電腦的一大進步。芯片增強了入射輻射，并將它與另一頻率混合起來以提取傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

新澤西技術(shù)研究所的物理學教授、研究太赫茲技術(shù)的約翰•費德里西（John Federici）對該項研究印象深刻。他說，20米的傳輸距離是有限的，但這對于那些還在夢想著進行太赫茲數(shù)據(jù)傳輸?shù)难芯宽椖縼碚f已經(jīng)足夠了。他說，“有些人在談?wù)撘环N向移動用戶進行高數(shù)據(jù)速率傳輸?shù)臄?shù)據(jù)亭。他們會到數(shù)據(jù)亭那里以非常高的數(shù)據(jù)傳輸速率下載視頻或其他東西，然后離開。”不過，費德里西告誡人們不要過度推廣這一想法，他表示，太赫茲和近太赫茲頻率在大氣中或在家中的墻壁間的傳播是不可靠的。

與使用激光在空氣中進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖杂煽臻g光傳輸相比，這個德國小組發(fā)現(xiàn)的亞太赫茲傳輸具備一個很有前途的特點：這種類型的輻射受到當?shù)赜昊蜢F等條件的影響較小。但L-3 Communications公司的副總裁、太赫茲專家卡特•阿姆斯特朗（Carter Armstrong）指出，研究人員并沒有在這些惡劣條件中實際測試他們的設(shè)計。他說：“他們說在自由空間的毫米波上的太赫茲傳輸受到雨和霧的影響較少。”因此他們應(yīng)該“通過操作這個系統(tǒng)來進行演示”。

KIT的孔尼格同意，那些能夠讓用戶在發(fā)射器和接收器之間具有清晰視線的應(yīng)用是有前途的。但他也表示，研究小組有信心將該技術(shù)進行擴展，使傳輸距離達到幾百米。他們曾經(jīng)打破過長距離的紀錄，利用純電子系統(tǒng)在240千兆赫上、以每秒40G的速度傳輸了一公里以上的距離。光電二極管的輸出功率是這次實驗的限制因素，但新的研究一直在進行，比如在光電二極管后面增加一個放大器來增強信號。

更廣泛地說，各個研究機構(gòu)都一直在對實驗裝置的多個部件進行開發(fā)。孔尼格表示：“這是許多不同的合作伙伴和技術(shù)的協(xié)作。令人欣慰的是，所有這些理念都是行之有效的。”