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        1. 行業知識
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          越過KHz、MHz、GHz,前方是THz藍海
          作者:國家無線電監測中心檢測中心網站 來源:國家無線電監測中心檢測中心網站

          2013版《中華人民共和國無線電頻率劃分規定》中,確定了我國無線電頻率劃分范圍是從0至3000 GHz,然而我們現有的43種無線電業務,僅用到了其中的275GHz,從275GHz——3000GHz,還處于無線電業務的空置區。有了這么多的空置頻率,如果還停留在已有無線電業務的紅海里顯然有些說不過去,下一步要考慮的自然是如何運用它。越過紅海區域,找到新的藍海,這是無線電管理部門所要面對的問題。那么,前方又有哪些值得抓住的機遇呢?

          首先,讓我先來介紹一下THz(太赫茲)。THz波包含了頻率為300G到3000GHz的電磁波,20世紀80年代中期之前,由于缺乏有效的THz波發射源和靈敏的探測器,成為太赫茲空白(Terahertz Gap),這也是為什么過去無線電業務的頻率只覆蓋到275GHz。如果說紅海區的kHz、MHz、GHz是通信制式的2G、3G、4G,那么還處于藍海區的THz就是未來的5G。

          隨著人們對太赫茲波的認知,太赫茲波優秀的特性越來越多地開發出來。太赫茲波早期主要用于天文觀測,后來隨著高功率太赫茲波源的出現,太赫茲技術在實際應用中展現出了廣闊的前景,尤其是在安全檢測、射電天文、物理成像、環境監測、高速寬帶無線通信中具有重大的科研價值。根據太赫茲波的特性,主要應用領域如下:

          (1)太赫茲在天文學中的應用

          天體和星際輻射包含著豐富的頻譜信息,其中一半以上的電磁輻射為太赫茲輻射,并且太赫茲頻譜的背景噪聲較之其它頻譜噪聲低,因此對太赫茲最早的研究開發來自天文學。

          (2)太赫茲在分子探測方面的應用

          凡是物質都有運動,而有運動就有輻射,輻射出來的電磁波有其自身的振動頻率,大多數分子的振動頻率都處在紅外波段和太赫茲波段,紅外探測不到的分子振動帶來的微小輻射需要借助太赫茲固態激光器進行探測,將激光器調整到分子的振動波長上就能準確地進行探測了。

          (3)太赫茲波在安全檢查方面的應用

          由于大多數爆炸物、毒品分子的轉動能級處于太赫茲頻段,因此可用太赫茲波譜對人體進行安全檢查。與現有的X射線和超聲成像技術不同,太赫茲光譜成像不僅可以提供物體的形狀,而且還可以將測得的光譜信息與已有的危險物太赫茲譜庫進行比較,用于材料特性識別。另一方面,太赫茲的光子能量很低,不會在生物組織中產生有害的光致電離。因此,相對于X射線會對人體造成潛在傷害以及金屬探測器無法探測到非金屬物質等缺點,太赫茲技術在安檢方面具有較大的應用前景。

          (4)太赫茲在生物醫學方面的應用

          太赫茲波極易被水分子或氧氣分子等極性分子吸收,并且不同的分子具有不同的吸收譜線。利用這些譜線以及太赫茲波成像技術,可以對皮膚癌以及其它組織表層早期病變進行診斷。在外科手術中,常利用太赫茲波成像系統實時檢查癌組織切除情況,該方法可獲得比超聲波更清晰的軟組織成像。另外,也可利用太赫茲時域光譜系統(THz-TDS)來研究那些生物分子振動能級或轉動能級處于太赫茲波段的有機大分子,從而指導藥物生產以及醫學研究。

          (5)太赫茲在通信領域的應用

          太赫茲波處于電子學向光學的過渡領域,除了兼具微波通信以及光波通信的特點外,也有很多自身的性質。在通信領域高速發展的今天,傳統的微波通信已經較難滿足高速、寬帶無線通信的發展需求,而太赫茲波的頻率比微波高出1~4個數量級,可提供10Gbps以上的無線傳輸速率,因此利用太赫茲無線局域網高速寬帶、結構緊湊、體積小、低輻射損傷、抗干擾能力強等優點,可支持未來高質量視頻電話、視頻會議、實景3D游戲等軍事和商業應用。

          (6)太赫茲在雷達領域的應用

          與微波雷達和紅外探測器相比,太赫茲技術應用于雷達具有高距離分辨率、強穿透力、低截獲率與強抗干擾能力等眾多特點,在監測陸地移動物體上具有顯著優勢,是目前太赫茲技術的另一個重點應用方向。

          近年來,由于國家頻譜戰略發展的需要,THz新頻段的開發利用受到多數國家的高度重視,其中,日本將“THz技術研究與應用”列為其十大國家戰略之首, 并利用國際電聯(ITU)的平臺積極介入該領域研究。2015年ITU-R WP1A工作組會議在瑞士日內瓦召開,SRTC在“275-1000GHz頻率內有源業務技術及操作特性”議題上提交了報告,展示了我國在高頻段頻譜資源開發利用領域的最新研究成果。

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