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无线通信和数据传输的核心问题就是如何提高信息的传输速率及信道容量,在技术上最终归结为如何提供更宽的工作频带。在今天拥挤的频率环境中,介于微波与红外线之间的毫米波/亚毫米波频段(30~3000 GHz)是高速、宽带、大容量通信的必然选择。与微波相比,毫米波/亚毫米波通信具有频带宽、波束窄、保密性好、抗干扰能力强等突出的优点,而且毫米波/亚毫米波元器件更加精致、小巧、轻便,因此毫米波/亚毫米波系统更容易实现小型化。
毫米波/亚毫米波在通信中最主要的缺点就是大气衰减率高,故目前地面的毫米波/亚毫米波系统大多用于作用距离短和具有良好多普勒处理特性的场合。为了延长毫米波/亚毫米波通信的距离,可以采用增加发射机功率和提高接收机灵敏度两种主要方法。我们知道,增加发射机功率往往意味着增加系统的能耗、体积和重量,而且容易造成空间环境的电磁辐射污染,对用户的身体健康不利,所以提高接收机灵敏度才是延长通信距离的最佳选择。
目前在毫米波/亚毫米波频段,具有最高灵敏度的设备是射电天文望远镜中的超导隧道结接收机。本论文研究的超导隧道结接收机均为相干接收机,其灵敏度可以用接收机噪声温度来衡量;在80~120 GHz频段内,噪声温度可降至40 K;在500 GHz频段,噪声温度可降至172 K。这样的高灵敏度接收机专门用于探测来自宇宙的微弱信号,本论文的研究工作则是利用它来接收毫米波/亚毫米波通信信号,以此建立一个远程毫米波/亚毫米波通信的基本模式。
我们以超导隧道结接收机为核心,分别搭建了93 GHz毫米波试验通信系统和466 GHz亚毫米波试验通信系统,并成功地进行了通信试验的演示。为了论证试验通信系统的基本原理和工程可行性,作者在论文中首先独立推导和建立了传输信号的数学模型,在此基础上详细说明了两个试验通信系统的基本组成、设计方法、工作原理、性能测试及通信试验结果;最后为下一步试验工作指明了研究方向。