Разработка беспроводной системы связи в субтерагерцовом частотном диапазоне

Субтерагерцовый и терагерцовый диапазоны частот перспективны для создания высокоскоростных беспроводных сетей связи из-за возможности достижения полосы пропускания в несколько десятков гигагерц, что обеспечивает высокую пропускную способность. Однако быстрое ослабление сигнала при распространении в атмосфере создаёт сложности в обеспечении работы сетей связи в этих частотных диапазонах. Применение фиксированных узконаправленных антенн с большим коэффициентом усиления позволяет обеспечить дальность прямой наземной связи на расстояние до нескольких километров. Ограничение на дальность связи можно частично снять понижением частоты до 200 ГГц и уменьшением ширины полосы пропускания канала до единиц гигагерц. В работе представлен разработанный авторами принципиально новый подход к созданию широкополосного канала связи (до единиц гигагерц), основанный на применении быстрой модуляции сигнала сантиметрового диапазона длин волн с дальнейшим умножением несущей частоты до 220 ГГц без искажения модулирующего сигнала. Такой подход не использовался в реализованных ранее широкополосных системах связи. Подробно описан макет приёмопередающего устройства (в диапазоне 200–220 ГГц) на основе современных полупроводниковых приборов. Экспериментально показана возможность передачи цифровых сигналов со скоростью до 1 Гбит/с. Согласно расчётам, мощности на выходе передатчика в несколько сотен микроватт достаточно для передачи данных на расстояние до 1,5 км при коэффициенте усиления антенны не менее 50 дБ.

На английском языке

The subterahertz and terahertz frequency ranges are promising for the creation of high-speed wireless communication systems because of the possibility to achieve a bandwidth of about several dozen gigahertz, which ensures a high channel capacity. However, rapid attenuation of a signal during its propagation in the atmosphere complicates the operation of communication systems in these ranges. The use of fixed narrow-beam antennas with a high power gain provides a direct surface communication distance of up to a few kilometers. The communication distance limitation can be partially removed by decreasing the frequency down to 200 GHz and narrowing the channel bandwidth down to a few gigahertz. A radically new approach was developed to create a wideband (up to one gigahertz) communication channel based on rapid modulation of a centimeter wavelength signal followed by the carrier-frequency multiplication up to 230 GHz without the modulating-signal distortion. This approach was not used in the previous communication systems. The model of a transmit–receive system (200–220 GHz) based on modern semiconductor devices is described in detail. The possibility of digital signal transmission at a speed of up to 1 Gbit/s is experimentally shown. According to calculations, an output power of the transmitter about several hundreds of microwatt is enough for data transmission to a distance of up to 1.5 km with an antenna gain of no less than 50 dB.