電流 ‐電壓曲線圖

 

圖4‐1 dipole antenna 的天線結構 

        我們一開始將先量測相同的天線結構但不同的 gap 寬度其電流‐電壓曲線圖。圖 4‐1

為我們將量測的dipole antenna 的天線結構圖，我們將量測 gap 寬度為 2cm 與 gap 寬度 為1cm 的天線。 

   

0 5 10 15 20 25 30 35 40

圖4‐2 gap 寬度為 2cm 的 dipole antenna 的電流‐電壓曲線圖 

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

圖4‐3 gap 寬度為 1cm 的 dipole antenna 的電壓‐電流曲線圖 

從圖4‐2 與 4‐3 我們首先要訂出一個輸出電流的的最大界限為 1mA，若當電流大於

假設

-200 -150 -100 -50 0

THz Amplitude (A.U)

Delay time (ps)

 

圖4‐5 spiral antenna 經由 TDs 系統取出的 THz 

圖4‐5 為經由 TDS 系統取出 spiral  antenna 的兆赫波，經由 lock‐in  amplifier 取出的最高值約為20mV 

圖4‐6 spiral antenna THz 的頻譜圖 

   

取

THz Amplitude (a.u.)

圖

0 1 2 3 4 5 6 7 8

THz Amplitude (a.u.)

frequency (THz)

 

圖4‐10 dipole antenna THz 的頻譜圖 

5 10 15 20 25 30 35 0.0

0.3 0.6 0.9

Averaged sub-THz power (μW)

Reverse Bias (V)

0.54nJ

圖4‐11 dipole antenna 在不同雷射能量下兆赫波能量與偏壓的曲線圖 

從圖4‐11 我們可以先固定偏壓在 25V 時，當雷射能量從 0.06nJ 每 0.12nJ 慢慢加到 0.54nJ 時，兆赫波的能量也與雷射能量成正相關的變大，我們可以看出 dipole  antenna

在雷射能量越高時所激發的兆赫波能量也相對的高。接下來我們固定雷射的能量為42nJ，

我們慢慢的將dipole antenna 的偏壓慢慢的從 5V 每 10V 慢慢的將電壓加到 35V，天線 所激發兆赫波的能量與偏壓成正相關的變大，我們可以看出在固定雷射能量下，所加的 偏壓越大其光導天線所激發出的兆赫波能量也越大。且我們可以注意到dipole  antenna 能夠產生的最大THz 能量為 0.9μW。因此我們將選取 spiral  antenna 當我的激發端與 接收端。 

10³ 10⁴ 10⁵

-20 -10 0

Amplitude(dB)

Frequency (Hz)

Electric Optic

 

圖4‐12 在 spiral antenna 中光調變與電調變的頻率響應比較 

        當我們決定利用產生 THz 能量比較大的 spiral antenna 時，接下我們將比較兩種不

同的調變方式，其中一種方式是Manchester  coding 經由編碼成電訊號再經由光導天線 傳送出去我們稱為電調變，另一種方式是Manchester  coding 經由編碼成光訊號再經由 光導天線傳送出去我們稱為光調變。圖4‐12 為光調變與電調變在 spiral antenna 頻率響 應圖，我們可以看出來光調變訊號的頻率響有比電調變得來得好。另外我們也可以從接

收到的振幅大小來看，我們也發現到經由光調變的訊號所接收到的訊號有比電調變來的 大。經由所接收到的振幅大小以及頻率響應，光調變對於我們傳輸訊號能提供更好的傳 輸品質因此我們利用光調變來傳輸我們的訊號。 

0.0 2.0x10^-3 4.0x10^-3

-2.0x10^-2 -1.0x10^-2 0.0 1.0x10^-2 2.0x10^-2

Detector voltage(V)

Time(s)

 

圖4‐13 方波在 1KHz 經由光調變接收端所接收到的訊號 

        圖 4‐13 為我們利用 spiral antenna 當發射與接收端的天線，傳輸一個 1KHz 的方波

其振幅為5V 經由光調變發射出訊號，經由接收端所接收到的訊號其振幅為 31.1mV。 

4.2 OOK

與

Manchester

比較

 

圖4‐14 spiral antenna 在不同的 data rate 下的 bit‐error rate 值與其眼圖 

        圖 4‐14 為 on‐off‐keying OOK 訊號經由 AOM 將電訊號轉變為光訊號，並將調

變過後的光訊號照射在固定偏壓下的spiral antenna。我們將 OOK 的訊號從 20kb/s 每10kb/s 慢慢加到 40kb/s，可以看出接收端的 BER 從 10^‐9降到 10^‐6，BER 全名 bit error rate 若 BER 為 10^‐9代表在每10⁹位元中才有一個傳輸錯誤，因此我們可以

知道錯誤率越小所接收到訊號越好。另外還有一個判斷接收訊號的好壞方式為眼圖，

當眼圖開的越開其接收越能分辨出哪一個是0 哪個是 1，從圖 4‐13 可以看出 data  rate 在 20kb/s 比在 40kb/s 來得開很多，從而能知道 data  rate 越高接受端的訊號 越差。 

 

圖  4‐15 on‐off‐keying 訊號在 data rate 為 20kb/s 不同偏壓下 bit‐error rate 的值 

        圖 4‐15 為 OOK 訊號在 date rate 為 20kb/s，在 spiral antenna 加不同偏壓下接

收端所接收到BER 值與眼圖。我們首先將偏壓從 2.5Vpp 慢慢加到 15Vpp，可以觀

察到隨著電壓值的上升接收到的訊號 BER 值也越來越好，另外從眼圖也可以看出

眼圖有越來越開的趨勢，也代表接收訊號越來越好。 

 

圖  4‐16 Manchester coding data rate 為 40kb/s 在不同的偏壓下接收端的 bit‐error rate 值 

圖4‐16 為 Manchester coding 在 40kb/s data rate 下，在光導天線加不同的偏 壓，接收端所接收到的BER 值與眼圖。由於 OOK 轉化成 Manchester 中 OOK 一個 位元裡會被拆成兩部分因此在OOK 傳輸的 data rate 為 20kb/s 將在 Manchester 的 data  rate 裡變成 40kb/s 其中而接收端的 BER 值與眼圖是經由 different  amplifier

解調出的結果。我們可以看出接收端的 BER 值隨著偏壓越大其值也越來越小，並

且也可以從眼圖看出隨著偏壓越加越大眼圖也越來越開，代表著接收端可以清楚的 分辨哪些是0 哪些是 1。 

Ma

4.3

影像訊號傳輸

接下來我們將利用spiral antenna 來傳輸影像訊號，圖 4‐18 為實驗架構圖我們將影像訊 號經由放大器再將訊號經由spiral antenna 傳輸出去，再經由 spiral antenna 接收訊號並 經由個人電腦將訊號還原成原來的影像訊號。 

 

圖4‐18  為利用 spiral antenna 傳輸影像訊號 

 

圖4‐19  上圖為原始的影像訊號；下圖為經由天線接收並經由解調後的影像訊號 

        圖 4‐19 上圖為原始的影像訊號其振幅為 4.8V，下圖為經由天線接收並經由解調後

的影像訊號，我們可以看到接收到的訊號從原本的彩色變成黑白，其受限於 spiral 

antenna 的頻率響應使得較高頻的色彩資訊都失真。未來改善天線的頻率響應將能完美 的接受影像訊號。 

   

5 結論與未來展望 

這一章我們將對前面章節所提的理論與實驗結果作一總結，並對未來展望也做一個 簡單得討論。 

5.1

結論

        我們實驗結果證明 Manchester coding 在 THz communication 可以有效的改善 傳輸的品質，這可能是次世代短距離與高速率傳輸的候選人。OOK 訊號在偏壓為 15Vpp 下 data rate 為 20kb/s 為可接受的 BER 值小 10^‐9，隨著data  rate 往上提升 BER 值會趨於傳輸品質低。 

        Manchester 訊號與 OOK 訊號在相同的 data  rate 與偏壓為 15Vpp 時，

Manchester 訊號有比較好的傳輸品質 BER 10^‐10。若我們將偏壓往下降代表傳輸的 訊號能量也越小，我們還是可以得到Manchester 訊號有比 OOK 訊號好的傳輸品質。

代表Manchester 訊號能改善 THz communication 的傳輸品質。 

        Manchester 訊號由於在每個位元中有上升與下降代表不同的值，這可以改善 OOK 訊號在同步的問題，也可以改善接收訊號的品質。Manchester 可防止時脈同

步的遺失，也能防止來自低位元位移錯誤，且也應用在小功率傳輸的無線通訊系統

中。在乙太網路 Ethernet 中是一個同步時脈編碼技術，被物理層使用來編碼一個

同步位元的時脈和資料 

5.2

未來展望

      Manchester coding 在光纖通訊的運用或是在無線通訊的運用，都有實際上被

運 用 並 有 很 明 顯 的 好 處 ， 這 次 實 驗 也 證 明 出 Manchester  coding 在 THz  communication 也有很好的改善效果。未來隨著 date rate 速度的往上升 Manchester  coding 將會有更好的發揮。 

   

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7 附錄 

7.1 Passive Optical Network

Passive  Optical  Network  PON 是一種點到多點的光纖存取技術，是由一個局端設

備 Optical Line Terminal；OLT 行經一條光纖網路，並透過光分歧器，傳送到多個遠端 設備  Optical Network Unit；ONU 。由於局端設備 OLT 的光纖是由 2~32 個住家用戶

分享，光纖的頻寬及傳輸速率也是由2~32 個住家用戶分享，因為 PON 的架構特性在分

割的階段也會造成高度的傳訊損失。PON 傳輸距離可達到 20 公里，除了局端設備 OLT

外，於區域及用戶端無須任何主動電子設備，也因此他擁有低成本的好處。 

典型的 PON 系統，採用分波多工技術進行上下行訊號的傳輸。下行訊號採廣播方

式發送到各個 ONUs，在上行方向，則利用  TDMA Time‐Division  Multiple‐Access   或  WDMA  Wave‐Division Multiple‐Access   做為用戶端 ONU 之多重接取機制。 

 

圖7‐1Passive Optical Network 架構圖 

        在各種型態的 PON 中未來以 WDM‐PON 最具有發展淺力，WDM‐PON 中每一個上

傳的用戶將被分配一個獨立的通道，因此不會有頻寬分享的問題且能隨時上傳的優點，

且由於波長分工器不會有能量減少的而造成Signal‐to‐noise  ratio SNR 降低的問題，然 而每個用戶都必須要裝一個可調式的雷射，因此產生成本太高的問題。 

 

圖7‐2wavelength‐division multiplexing passive optical network 架構圖 

        在 WDM‐PON 中每個用戶擁有獨立的通道，但是每個用戶其實不太需要那麼大的頻

寬，所以發展出複合型的 DWDM‐TDM  PON，他結合 DWDM 與 TDM 的優點，首先在 ONU 端利用 TDM 的型式將每個上傳的訊號集結起來再利用 WDM 型式把訊號傳給 OLT

端，這樣將可以有效的利用頻寬。而且複合型的DWDM‐TDM PON 是將雷射放置到 OLT，

每個用戶裝置reflective  modulator，由於這些費用將有每個 ONU 平均分擔可以使得成 本大大的降低。 

 

圖7‐3 複合型 DWDM‐TDM PON 

7.2 Rayleigh backscattering

        在光纖傳輸中會有 Rayleigh backscattering 的產生，在複合型 DWDM‐TDM PON 的

系統架構中將會明顯的干擾ONU 所上傳的訊號，以下將說明 Rayleigh backscattering 對 複合型DWDM‐TDM PON 的影響。 

        圖 7‐4 為載波產生 Rayleigh backscattering 示意圖。當 OLT 端傳送一個載波給 ONU

端 途 中 ， 載 波 會 在 光 纖 中 產 生 Rayleigh  backscattering ， 此 時 產 生 的 Rayleigh  backscattering 將會造成 ONU 端要上傳給 OLT 端的訊號互相干擾，讓上傳的訊號品質受

到影響。由於是載波產生的Rayleigh backscattering 因此以下將簡稱 CB。 

 

圖7‐4 載波產生的 Rayleigh backscattering 

        另一種 Rayleigh  backscattering 如圖 7‐5 所示，當 ONU 端要上傳訊號給 OLT 端中

        另一種 Rayleigh  backscattering 如圖 7‐5 所示，當 ONU 端要上傳訊號給 OLT 端中

在文檔中 次世代無線通訊之THz輻射系統研究 (頁 56-0)