艦載太赫茲通信應用前景淺析_風聞

海軍水面艦艇在執行作戰任務時，往往是由2艘或2艘以上一起行動，以編隊形式出現。為了達到戰術目的，多艘艦船按照一定的位置排列，便於機動、掩護、指揮以及充分發揮各種武器效能，最典型的例子就是航母編隊。

遼寧號航母編隊

艦船編隊內，需要構建安全、隱蔽和抗毀的通信網，實現信息共享、協同指揮、協同交戰等功能。當前美軍的艦載戰術通信鏈系統是Link16，該數據鏈工作在960 -1215MHz波段，是美軍三軍通用的具有加密、擴頻、跳頻抗干擾能力的一種戰術數據鏈，可以為美軍提供近實時的數據通信、導航和敵我識別等多種服務，廣泛配備給美軍的艦艇（如海軍的航母、巡洋艦、驅逐艦和兩棲攻擊艦等）。美軍新一代數據鏈如戰術目標瞄準網絡技術（TTNT），工作頻段與Link16相近(1350 -1850MHz)。

Link16****工作原理

這類數據率工作在傳統微波頻段，技術發展比較成熟，最高可以實現Mbps級數據率。但用於艦艇編隊內通信時，也存在以下問題。

1、數據率偏低，一般只能用於傳輸報文及語音信息，難以傳輸多路高清視頻(如視頻電話會議)。

2、反電子偵察能力差，這一頻段的電磁波信號，很容易被遠距離偵測到。艦艇編隊為了隱蔽，往往採取無線電靜默措施，停止對外發送一切電磁波信號。此時編隊內部通信，只能採用傳統的燈光、旗語等方式，通信效能急劇下降。

3、存在被幹擾甚至被侵入的可能性。現有的軍用數據鏈，儘管採用了多種安全措施，但還是存在被幹擾甚至黑客侵入的可能性。

4、微波頻段頻譜資源基本上已被用盡，設計與實際部署使用中必須考慮與其他電子設備的電磁兼容問題。

針對上述問題，有研究人員提出採用激光通信，構建艦船編隊內部通信網。激光通信相比微波通信，具有高帶寬、高碼率、高保密性、低功耗等優點。但也存在一些缺點。如易受惡劣天氣影響；艦船運動平台顛簸，對通信鏈路的建立和保持造成了極大的困難，需要高精度伺服控制系統。目前，尚未有艦載激光通信系統(艦對艦)投入應用的報道。

太赫茲通信，可以説是集合了微波通信和激光通信的優點。太赫茲通信工作頻率高，容易實現Gbps級的超高的通信速率，可以傳輸多路高清視頻信息；針對艦船運動平台顛簸，可以採用全向天線，不需要專門的伺服控制系統；保密性好，大氣傳輸損耗大，難以被遠距離探測到；干擾侵入難度大，理論上必須在近距離才能實現干擾侵入，實際作戰中無異於自殺；太赫茲通信系統很容易實現小型化，方便部署安裝；太赫茲頻段遠離微波頻段，太赫茲頻段目前幾乎未使用，電磁兼容問題好解決。

國內外目前在太赫茲通信領域，已經開展了大量研究工作，研製出了一批太赫茲通信樣機。

日本NTT公司是較早進行太赫茲通信系統研製的機構。2004年便研製了基於UTC-PD的太赫茲發射機及肖特基二極管探測器的太赫茲通信系統，工作頻率可達0.125THz，傳輸速率10Gb/s，距離最高可達500米以上。2007年又研製出了固態電子學的0.12THz的通信系統，通信距離提升至5km以上，速率提高至20Gb/s。2017年NTT已經將自身研究頻率刷新至300GHz，速率也高達20Gb/s。

美國NASA很早已經開展了太赫茲通信計劃。基於此，美國貝爾實驗室已經研究0.6THz通信系統，基於肖特基二極管倍頻和混頻技術，發射功率可達1mW，因為基帶調製階數較低，所以通信速率僅可達到2.5Gb/s.加拿大多倫多大學基於SiGe CMOS 二極管技術開發了固態電子學太赫茲通信系統，2008年完成了20米距離、0.3THz通信頻段的視頻信號傳輸。

歐盟將太赫茲星際通信列為太空計劃的主要研究領域，研究0.1-1.5THz波段的星際通信。德國弗朗和夫實驗室IAF於2011年研製了基於InP TMIC的全固態THz系統，工作頻率達到0.22THz，並在2013年將頻率提升至0.24THz並實現了1km的通信距離、40Gb/s的通信速率。同年，採用UTC-PD發射機技術實現了100Gb/s的通信速率。意大利、法國和俄羅斯也在2010年左右以基於QCL發射機、HEB接收機的技術研製了太赫茲通信系統。

中國工程物理研究院於2010年和2012年相繼研製了0.14THz和0.34THz的通信系統。並於2017年完成了20km以上距離的高速無線傳輸實驗，工作頻率0.14THz，速率可達5Gb/s，其中，發射機採用了真空行波管放大器。

電子科技大學自2009年起，也研製出了0.11THz，0.22THz，0.33THz的通信系統。其中0.11THz通信速率可達5Gb/s，0.22THz達到3.5Gb/s。並且在太赫茲光學調製技術方面，也取得了研究突破，研究出工作頻率可達0.2THz-2THz，調製速率1MHz的石墨烯半導體複合結構的新型太赫茲調製器。

中國科學院上海微系統與信息技術研究所自2008年開始開展了基於QCL和QWP的THz通信技術研究，並相繼開發了傳輸頻點在4THz左右的音頻傳輸系統。

中國工程物理研究院0.14 THz高速太赫茲通信系統與實驗現場

國內外在太赫茲通信領域，已經研究了多年，研製出了多部樣機，並開展了一系列的試驗工作，驗證了技術可行性。目前，需要儘快找到一個應用方向，推進其發展。在地面近距離使用時，太赫茲通信帶寬大、數據率高、安全保密性好、電磁兼容性強；可以採用全向天線或寬波束天線，通信鏈路的建立和保持較為容易(視距內無遮擋即可)。以艦載太赫茲通信為代表的太赫茲軍用近程通信，很有希望成為太赫茲通信應用的突破口。