CN106253993B - 一种远程太赫兹通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种远程太赫兹通信系统，包括太赫兹发射装置和太赫兹接收装置，太赫兹发射装置包括太赫兹发射机、第一高增益定向天线、第一激光发射模块、第一激光接收模块、第一光路调整模块和第一控制模块，太赫兹接收装置包括太赫兹接收机、第二高增益定向天线、第二激光发射模块、第二激光接收模块、第二光路调整模块和第二控制模块；第一控制模块与第一激光接收模块和第一光路调整模块连接，第二控制模块与第二激光接收模块和第二光路调整模块连接。本发明通过易于辨识的有色激光信号作为信号标志，实现太赫兹发射装置的高增益定向天线和太赫兹接收装置的高增益定向天线的实时对准，可有效保证远程太赫兹通信系统的通信链路的实时通畅。

Description

一种远程太赫兹通信系统

技术领域

本发明实施例属于太赫兹通信技术领域，尤其涉及一种远程太赫兹通信系统。

背景技术

太赫兹通信具有传输速率高、方向性好、安全性高、散射小及穿透性好等特性。目前，太赫兹通信由于水吸收严重以及发射功率有限等限制，仅适用于近距离传输，要远距离太赫兹通信除了在发射功率上进行突破以外，采用高增益定向天线来发射和接收信号也是一种重要的技术手段。

然而，采用高增益定向天线来发射和接收信号所存在的问题便是通信链路难以对准和保持，特别是在机载太赫兹通信或者星地太赫兹通信等远距离太赫兹通信的应用中，保持太赫兹通信链路的实时畅通非常困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种远程太赫兹通信系统，旨在解决采用高增益定向天线来发射和接收信号所存在的问题便是通信链路难以对准和保持，特别是在机载太赫兹通信或者星地太赫兹通信等远距离太赫兹通信的应用中，保持太赫兹通信链路的实时畅通非常困难的问题。

本发明是这样实现的，一种远程太赫兹通信系统，包括太赫兹发射装置和太赫兹接收装置，所述太赫兹发射装置包括太赫兹发射机、第一高增益定向天线、第一激光发射模块、第一激光接收模块、第一光路调整模块和第一控制模块，所述太赫兹接收装置包括太赫兹接收机、第二高增益定向天线、第二激光发射模块、第二激光接收模块、第二光路调整模块和第二控制模块；

所述第一控制模块分别与所述第一激光接收模块和所述第一光路调整模块连接，所述第二控制模块分别与所述第二激光接收模块和所述第二光路调整模块连接；

所述太赫兹发射机发射经过调制的第一太赫兹信号，所述第一激光发射模块发射第一有色激光信号，所述第一光路调整模块将所述第一太赫兹信号和所述第一有色激光信号合成为一束信号光并通过所述第一高增益定向天线发射至所述太赫兹接收装置；所述第二高增益定向天线接收所述信号光并通过所述第二光路调整模块分束为所述第一太赫兹信号和所述第一有色激光信号，所述太赫兹接收机接收所述第一太赫兹信号并进行解调，所述第二激光接收模块接收所述第一有色激光信号，所述第二控制模块根据所述第一有色激光信号的信号强度控制所述第二光路调整模块调整所述第二高增益定向天线的信号接收方向；

所述第二激光发射模块发射第二有色激光信号并通过所述第二光路调整模块传递至所述第二高增益定向天线，所述第二高增益定向天线将所述第二有色激光信号发射至所述太赫兹发射装置；所述第一高增益定向天线接收所述第二有色激光信号并通过所述第一光路调整模块传递至所述第一激光接收模块，所述第一控制模块根据所述第二有色激光信号的信号强度控制所述第一光路调整模块调整所述第一高增益定向天线的信号发射方向。

优选的，所述第一光路调整模块包括第一双色镜、第一快速控制反射镜和第二双色镜，所述第一快速控制反射镜和所述第一控制模块连接；

所述第一双色镜将所述第一太赫兹信号和所述第一有色激光信号合成为一束信号光并发射给所述第一快速控制反射镜，所述第一快速控制反射镜将所述信号光反射至所述第二双色镜，所述第二双色镜将所述信号光反射至所述第一高增益定向天线；

所述第二有色激光信号经所述第二双色镜透射至所述第一激光接收模块，所述第一快速控制反射镜受所述第一控制模块控制以调整自身的反射角度。

优选的，所述第二光路调整模块包括第三双色镜、第二快速控制反射镜和第四双色镜，所述第二快速控制反射镜和所述第二控制模块连接；

所述第三双色镜将所述信号光分束为所述第一太赫兹信号和所述第一有色激光信号，所述第一太赫兹信号经所述第三双色镜透射反射至所述第二快速控制反射镜，所述第二快速控制反射镜将所述第一太赫兹信号反射至所述第四双色镜，所述第四双色镜将所述第一太赫兹信号反射至所述太赫兹接收机；

所述第一有色激光信号经所述第三双色镜透射至所述第二激光接收模块，所述第二快速控制反射镜受所述第二控制模块控制以调整自身的反射角度；

所述第二有色激光信号依次经所述第四双色镜透射、所述第二快速控制反射镜反射和所述第三双色镜反射，传递至所述第二高增益定向天线。

优选的，所述第一有色激光信号的颜色和所述第二有色激光信号的颜色不同。

优选的，所述第一有色激光信号为波长为650nm的红光、所述第二有色激光信号为波长为532nm的绿光；

或者，所述第一有色激光信号为波长为532nm的绿光、所述第二有色激光信号为波长为650nm的红光。

本发明与现有技术相比，其有益效果在于：

通过太赫兹发射装置发射第一有色激光信号、太赫兹接收装置发射第二有色激光信号，使太赫兹发射装置根据第二有色激光信号的信号强度控制其第一高增益定向天线的信号发射方向，使太赫兹接收装置根据第一有色激光信号的信号强度控制其第二高增益定向天线的信号接收方向，从而使得第一高增益定向天线和第二高增益定向天线之间能够实时对准，以保证远程太赫兹通信系统的通信链路的实时通畅。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的远程太赫兹通信系统的基本结构框图；

图2是本发明实施例提供的远程太赫兹通信系统的具体结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

如图1所示，本实施例提供一种远程太赫兹通信系统，其包括太赫兹发射装置10和太赫兹接收装置20。

太赫兹发射装置10包括太赫兹发射机11、第一高增益定向天线12、第一激光发射模块13、第一激光接收模块14、第一光路调整模块15和第一控制模块16，第一控制模块16分别与第一激光接收模块14和第一光路调整模块15连接；

太赫兹接收装置20包括太赫兹接收机21、第二高增益定向天线22、第二激光发射模块23、第二激光接收模块24、第二光路调整模块25和第二控制模块26，第二控制模块26分别与第二激光接收模块24和第二光路调整模块25连接。

在具体应用中，第一激光发射模块和第二激光发射模块均为激光器，第一激光接收模块和第二激光接收模块均为激光接收器。

在具体应用中，第一控制模块和第二控制模块可以为独立设置的通过通用集成电路，例如CPU(Central Processing Unit，中央处理器)，或通过ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit，专用集成电路)来实现的控制器件，也可以分别与第一激光接收模块和第二激光接收模块集成于一体设置。

在具体应用中，第一有色激光信号可以选用波长为650nm的红光、第二有色激光信号可以选用波长为532nm的绿光；或者，将二者互换，第一有色激光信号选用波长为532nm的绿光、第二有色激光信号选用波长为650nm的红光。在实际应用中，第一有色激光信号和第二有色激光信号也可以选用其他易于辨识的有色激光。

第一光路调整模块和第二光路调整模块均用于改变光信号的光路传播方向，以使光信号能够在各器件之间传播。

本实施例所提供的远程太赫兹通信系统的工作原理为：

太赫兹发射机发射经过调制的第一太赫兹信号，第一激光发射模块发射第一有色激光信号，第一光路调整模块将第一太赫兹信号和第一有色激光信号合成为一束信号光并通过第一高增益定向天线发射至太赫兹接收装置；

第二高增益定向天线接收信号光并通过第二光路调整模块分束为第一太赫兹信号和第一有色激光信号，太赫兹接收机接收第一太赫兹信号并进行解调，第二激光接收模块接收第一有色激光信号，第二控制模块根据第一有色激光信号的信号强度控制第二光路调整模块调整第二高增益定向天线的信号接收方向；

第二激光发射模块发射第二有色激光信号并通过第二光路调整模块传递至第二高增益定向天线，第二高增益定向天线将第二有色激光信号发射至太赫兹发射装置；

第一高增益定向天线接收第二有色激光信号并通过第一光路调整模块传递至第一激光接收模块，第一控制模块根据第二有色激光信号的信号强度控制第一光路调整模块调整第一高增益定向天线的信号发射方向。

在具体应用中，若第一高增益定向天线与第二高增益定向天线对准发射和接收信号，则二者所接收到的对方发射的有色激光信号的信号强度的损耗应该保持在预设范围内，若二者所接收到的有色激光信号的信号强度损耗大于预设阈值，则可以通过各自的控制模块控制对应的光路调整模块调整各高增益定向天线所发射的信号的方向，以使太赫兹发射装置的高增益定向天线的和太赫兹接收装置的高增益定向天线能够实时对准，以保证远程太赫兹通信系统的通信链路的实时通畅。

本实施例通过引入两个易于辨识的有色激光信号作为信号标志，来实现太赫兹发射装置的高增益定向天线的和太赫兹接收装置的高增益定向天线的实时对准，结构简单，易于实现，成本低廉，且能够有效保证远程太赫兹通信系统的通信链路的实时通畅，适于广泛推广使用。

本实施例通过太赫兹发射装置发射第一有色激光信号、太赫兹接收装置发射第二有色激光信号，使太赫兹发射装置根据第二有色激光信号的信号强度控制其第一高增益定向天线的信号发射方向，使太赫兹接收装置根据第一有色激光信号的信号强度控制其第二高增益定向天线的信号接收方向，从而使得第一高增益定向天线和第二高增益定向天线之间能够实时对准，以保证远程太赫兹通信系统的通信链路的实时通畅。

如图2所示，本实施例中的第一光路调整模块15包括第一双色镜(DichroicMirrors，又称为二向色镜)151、第一快速控制反射镜(Fast Steering Mirror，又称为快速倾斜镜)152和第二双色镜153，第一快速控制反射镜152和第一控制模块16连接；第二光路调整模块25包括第三双色镜251、第二快速控制反射镜252和第四双色镜253，第二快速控制反射镜252和第二控制模块26连接。

本实施例中，第一光路调整模块的工作原理为：

第一双色镜将第一太赫兹信号和第一有色激光信号合成为一束信号光并发射给第一快速控制反射镜，第一快速控制反射镜将信号光反射至第二双色镜，第二双色镜将信号光反射至第一高增益定向天线；

第二有色激光信号经第二双色镜透射至第一激光接收模块，第一快速控制反射镜受第一控制模块控制以调整自身的反射角度。

本实施例中，第二光路调整模块的工作原理为：

第三双色镜将信号光分束为第一太赫兹信号和第一有色激光信号，第一太赫兹信号经第三双色镜透射反射至第二快速控制反射镜，第二快速控制反射镜将第一太赫兹信号反射至第四双色镜，第四双色镜将第一太赫兹信号反射至太赫兹接收机；

第一有色激光信号经第三双色镜透射至第二激光接收模块，第二快速控制反射镜受第二控制模块控制以调整自身的反射角度；

第二有色激光信号依次经第四双色镜透射、第二快速控制反射镜反射和第三双色镜反射，传递至第二高增益定向天线。

本实施例，通过控制模块来控制快速控制反射镜调整自身的反射角度，能够快速稳定的实现对高增益定向天线发射和接收信号的方向的实时调整，以使太赫兹发射装置的高增益定向天线的和太赫兹接收装置的高增益定向天线能够实时对准，以保证远程太赫兹通信系统的通信链路的实时通畅，结构简单、易于实现、成本低廉。

本实施例中，仅示出了远程太赫兹通信系统单向传输太赫兹信号时的结构框图，在具体应用中，由于太赫兹通信通常是一个双向传输过程，因此，在一个完整的远程太赫兹通信系统中，必定包括两套对应的太赫兹发射装置和太赫兹接收装置，由于工作原理和结构相同，本实施例中不再赘述。

在一个具体实例中，基于光路可逆原理，可通过将上述实施例提供的远程太赫兹通信系统中的太赫兹发射机和太赫兹接收机等效替换成两个太赫兹收发机，即成为一个可双向传输太赫兹信号的远程太赫兹通信系统。

本发明所有附图中的实心箭头表示模拟信号或数字信号传输方向，空心箭头光信号传输方向，可以理解的是，由于光路是可逆的，因此，在具体的应用中，若有实际需要，光信号的传输方向也可以是双向的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种远程太赫兹通信系统，包括太赫兹发射装置和太赫兹接收装置，其特征在于，所述太赫兹发射装置包括太赫兹发射机、第一高增益定向天线、第一激光发射模块、第一激光接收模块、第一光路调整模块和第一控制模块，所述太赫兹接收装置包括太赫兹接收机、第二高增益定向天线、第二激光发射模块、第二激光接收模块、第二光路调整模块和第二控制模块；

所述第一控制模块分别与所述第一激光接收模块和所述第一光路调整模块连接，所述第二控制模块分别与所述第二激光接收模块和所述第二光路调整模块连接；

所述太赫兹发射机发射经过调制的第一太赫兹信号，所述第一激光发射模块发射第一有色激光信号，所述第一光路调整模块将所述第一太赫兹信号和所述第一有色激光信号合成为一束信号光并通过所述第一高增益定向天线发射至所述太赫兹接收装置；所述第二高增益定向天线接收所述信号光并通过所述第二光路调整模块分束为所述第一太赫兹信号和所述第一有色激光信号，所述太赫兹接收机接收所述第一太赫兹信号并进行解调，所述第二激光接收模块接收所述第一有色激光信号，所述第二控制模块根据所述第一有色激光信号的信号强度控制所述第二光路调整模块调整所述第二高增益定向天线的信号接收方向；

所述第二激光发射模块发射第二有色激光信号并通过所述第二光路调整模块传递至所述第二高增益定向天线，所述第二高增益定向天线将所述第二有色激光信号发射至所述太赫兹发射装置；所述第一高增益定向天线接收所述第二有色激光信号并通过所述第一光路调整模块传递至所述第一激光接收模块，所述第一控制模块根据所述第二有色激光信号的信号强度控制所述第一光路调整模块调整所述第一高增益定向天线的信号发射方向；

所述第一有色激光信号的波长和所述第二有色激光信号的波长不同。

2.如权利要求1所述的远程太赫兹通信系统，其特征在于，所述第一光路调整模块包括第一双色镜、第一快速控制反射镜和第二双色镜，所述第一快速控制反射镜和所述第一控制模块连接；

所述第一双色镜将所述第一太赫兹信号和所述第一有色激光信号合成为一束信号光并发射给所述第一快速控制反射镜，所述第一快速控制反射镜将所述信号光反射至所述第二双色镜，所述第二双色镜将所述信号光反射至所述第一高增益定向天线；

所述第二有色激光信号经所述第二双色镜透射至所述第一激光接收模块，所述第一快速控制反射镜受所述第一控制模块控制以调整自身的反射角度。

3.如权利要求1所述的远程太赫兹通信系统，其特征在于，所述第二光路调整模块包括第三双色镜、第二快速控制反射镜和第四双色镜，所述第二快速控制反射镜和所述第二控制模块连接；

所述第三双色镜将所述信号光分束为所述第一太赫兹信号和所述第一有色激光信号，所述第一太赫兹信号经所述第三双色镜透射反射至所述第二快速控制反射镜，所述第二快速控制反射镜将所述第一太赫兹信号反射至所述第四双色镜，所述第四双色镜将所述第一太赫兹信号反射至所述太赫兹接收机；

所述第一有色激光信号经所述第三双色镜透射至所述第二激光接收模块，所述第二快速控制反射镜受所述第二控制模块控制以调整自身的反射角度；

所述第二有色激光信号依次经所述第四双色镜透射、所述第二快速控制反射镜反射和所述第三双色镜反射，传递至所述第二高增益定向天线。

4.如权利要求1所述的远程太赫兹通信系统，其特征在于，所述第一有色激光信号的颜色和所述第二有色激光信号的颜色不同。

5.如权利要求4所述的远程太赫兹通信系统，其特征在于，所述第一有色激光信号为波长为650nm的红光、所述第二有色激光信号为波长为532nm的绿光；

或者，所述第一有色激光信号为波长为532nm的绿光、所述第二有色激光信号为波长为650nm的红光。