久久一区二区免费播放,国产在线欧美日韩一区二区,国产综合色在线视频,精品伊人久久久香线蕉,精品视频麻豆网站,玖玖国产,国内精品久久久久影,在线观看精品视频一区二区三区,午夜久久影院,国产精品一区久久

太赫茲外差陣列接收機(jī)本振參考信號(hào)功率分配裝置及其分配方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了太赫茲外差陣列接收機(jī)本振參考信號(hào)功率分配裝置，在實(shí)現(xiàn)太赫茲外差陣列接收機(jī)本振功率分配的同時(shí)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)與待測(cè)信號(hào)的耦合。本發(fā)明波束分離器上裝配有具有一定反射率和透射率的介質(zhì)膜，介質(zhì)膜與輸出波束呈45°夾角，輸出波束依次透射各個(gè)波束分離器上的介質(zhì)膜，每個(gè)介質(zhì)膜均反射部分輸出波束與待測(cè)信號(hào)耦合后射至與之相應(yīng)的混頻器中，本振參考信號(hào)功率分配裝置通過調(diào)整不同位置的波束分離器上的介質(zhì)膜厚度改變介質(zhì)膜反射率和透射率或調(diào)整混頻器的最佳功率需求，使混頻器接收到的本振參考信號(hào)功率與該混頻器的最佳功率需求相匹配。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠，易于在空間和極端環(huán)境下應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】太赫茲外差陣列接收機(jī)本振參考信號(hào)功率分配裝置及其分配方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太赫茲測(cè)量的【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種外差接收機(jī)本振參考信號(hào)功率分配技術(shù)，具體的說，是一種太赫茲外差陣列接收機(jī)本振參考信號(hào)功率分配裝置及其分配方法。

【背景技術(shù)】
[0002]自從上世紀(jì)70年代CO分子譜線發(fā)現(xiàn)以來，太赫茲技術(shù)在星系、恒星形成和星際介質(zhì)研究中起著重要的作用。分子云覆蓋較大的天區(qū)面積，范圍從幾十平方角分到上百平方度。分子云的主要成分為分子氣體，在所處的溫度和密度下輻射的分子譜線恰好落于太赫茲波段。通過對(duì)太赫茲分子譜線的高角分辨率巡天觀測(cè)，可以研究分子云的組成以及相應(yīng)的演化進(jìn)程。單像元外差接收機(jī)掃描如此大面積的天區(qū)，需要耗時(shí)很長(zhǎng)時(shí)間，甚至無(wú)法完成，而外差陣列接收機(jī)的掃描速度與其像元素成正比，因此高靈敏度外差陣列接收機(jī)是研究大天區(qū)分子云的理想工具。
[0003]構(gòu)建外差陣列接收機(jī)的一大關(guān)鍵挑戰(zhàn)就是本振功率的分配。外差接收機(jī)是利用高靈敏度混頻器的強(qiáng)非線性特性，將待觀測(cè)的信號(hào)與本振參考信號(hào)進(jìn)行混頻，產(chǎn)生的差頻(即中頻)信號(hào)保留了待觀測(cè)信號(hào)的幅度和相位信息，利用現(xiàn)有的電子學(xué)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行放大、濾波、檢波等后續(xù)處理。對(duì)于單像元外差接收機(jī)，可以通過波導(dǎo)定向耦合器或者準(zhǔn)光學(xué)方法實(shí)現(xiàn)待觀測(cè)信號(hào)與本振參考信號(hào)的組合，但是外差陣列接收機(jī)具有很多個(gè)像元，實(shí)現(xiàn)本振參考信號(hào)的高效均勻分配具有較大的挑戰(zhàn)。歐美國(guó)家前期建立了多套毫米波和亞毫米波段的外差陣列接收機(jī)。如基于肖特基混頻器的15像元陣列接收機(jī)QUARRY，其本振參考信號(hào)的分配通過波導(dǎo)定向稱合器(cross-guide waveguide coupler)逐級(jí)分配到每個(gè)混頻器。德國(guó)開發(fā)的基于超導(dǎo)隧道結(jié)混頻器的16像元陣列接收機(jī)CHAMP，其本振功率分配通過傅立葉珊網(wǎng)(transmissive Fourier grating)將一個(gè)本振波束變換為12個(gè)波束，然后由Martin-Puplett干涉儀實(shí)現(xiàn)與待測(cè)信號(hào)的I禹合。最近,中國(guó)紫金山天文臺(tái)研制的毫米波超導(dǎo)頻譜陣列接收機(jī)，利用波導(dǎo)功分器首先將本振信號(hào)分為三路，再將每一路分為三路實(shí)現(xiàn)九像元本振功率分配。這些本振功率分配方案對(duì)于低頻率的陣列接收機(jī)比較適合(毫米波段陣列接收機(jī))，對(duì)于太赫茲波段陣列接收機(jī)，波導(dǎo)定向耦合器的尺寸與波長(zhǎng)成正比，僅為幾十微米，加工極其困難，既耗時(shí)成本也高。傅立葉珊網(wǎng)的加工同樣要求微米極的精度，其工作帶寬有限，而且多個(gè)波束之間不再平行，需要額外的光學(xué)部件，增加了結(jié)構(gòu)復(fù)雜性。隨著太赫茲信號(hào)源技術(shù)的發(fā)展，其輸出功率越來越大，在I THz達(dá)到100微瓦量級(jí)。如果采用量子級(jí)聯(lián)激光器，在2-5 THz頻段甚至達(dá)到毫瓦級(jí)。同時(shí)高靈敏度超導(dǎo)混頻器(如超導(dǎo)熱電子混頻器)需求的本振功率為100 nW量級(jí)。這二者的發(fā)展大大降低了外差陣列接收機(jī)本振功率分配的效率要求。另外，由于受到地球大氣對(duì)太赫茲輻射強(qiáng)吸收的影響，太赫茲外差陣列接收機(jī)通常應(yīng)用于一些特殊環(huán)境(如空間應(yīng)用和南極極端環(huán)境)，本振功率分配方案的簡(jiǎn)單和可靠性更加重要。因此發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)單可靠的本振功率分配技術(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)太赫茲外差陣列接收機(jī)具有重要意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述技術(shù)現(xiàn)狀，而提供一種簡(jiǎn)單可靠的本振參考信號(hào)分配裝置及其分配方法，通過多個(gè)波束分離器組合實(shí)現(xiàn)本振參考信號(hào)的分配。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:
太赫茲外差陣列接收機(jī)本振參考信號(hào)功率分配裝置，包括有本振參考信號(hào)源，其中:還包括呈陣列布設(shè)的波束分離器、與波束分離器數(shù)量相應(yīng)的混頻器以及負(fù)載吸收裝置，波束分離器上裝配有具有一定反射率和透射率的介質(zhì)膜，介質(zhì)膜與輸出波束呈45°夾角，輸出波束依次透射各個(gè)波束分離器上的介質(zhì)膜，每個(gè)介質(zhì)膜均反射部分輸出波束與待測(cè)信號(hào)耦合后射至與之相應(yīng)的混頻器中，本振參考信號(hào)功率分配裝置通過調(diào)整不同位置的波束分離器上的介質(zhì)膜厚度改變介質(zhì)膜反射率和透射率或調(diào)整混頻器的最佳功率需求，使混頻器接收到的本振參考信號(hào)功率與該混頻器的最佳功率需求相匹配。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:
上述的介質(zhì)膜為低損耗高強(qiáng)度介質(zhì)膜。
[0007]上述的介質(zhì)膜為邁拉膜片。
[0008]上述的本振參考信號(hào)源的輸出端放置有拋物鏡，拋物鏡對(duì)輸出波束進(jìn)行準(zhǔn)直。
[0009]上述的本振參考信號(hào)功率分配裝置通過調(diào)整每一個(gè)波束分離器的介質(zhì)膜厚度，使每個(gè)介質(zhì)膜反射的輸出波束功率相等。
[0010]上述的本振參考信號(hào)功率分配裝置通過調(diào)整混頻器的微橋體積改變混頻器的最佳功率需求。
[0011]上述的將介質(zhì)膜緊繃到金屬邊框上形成波束分離器。
[0012]上述的透射過介質(zhì)膜的待測(cè)信號(hào)與經(jīng)介質(zhì)膜反射的本振參考信號(hào)進(jìn)行耦合，共同射入混頻器。
[0013]一種太赫茲外差陣列接收機(jī)本振參考信號(hào)功率分配裝置分配本振參考信號(hào)功率的方法，包括以下步驟:本振參考信號(hào)源射出的輸出波束射向第一個(gè)波束分離器，輸出波束經(jīng)呈45°夾角設(shè)置的第一個(gè)波束分離器的介質(zhì)膜反射一部分功率給第一個(gè)混頻器，其余輸出波束透過介質(zhì)膜射向第二個(gè)波束分離器，輸出波束經(jīng)第二個(gè)波束分離器的介質(zhì)膜反射一部分功率給第二個(gè)混頻器，依次類推直到最后一個(gè)波束分離器的介質(zhì)膜反射一部分功率給最后一個(gè)混頻器，透射過最后一個(gè)波束分離器的輸出波束由負(fù)載吸收裝置吸收，使后級(jí)波束分離器的介質(zhì)膜厚度逐級(jí)大于前級(jí)波束分離器的介質(zhì)膜厚度，每級(jí)波束分離器反射的輸出波束功率均勻，或者使后級(jí)混頻器的微橋體積逐級(jí)小于前級(jí)混頻器的微橋體積，隨著射入混頻器的波束功率的減小而降低最佳功率需求(本發(fā)明所指的前級(jí)波束分離器和前級(jí)混頻器是靠近輸出波束源的波束分離器及與之對(duì)應(yīng)的混頻器，后級(jí)波束分離器和后級(jí)混頻器是相對(duì)遠(yuǎn)離輸出波束源的波束分離器及與之對(duì)應(yīng)的混頻器)。
[0014]本振參考信號(hào)源射出的輸出波束先經(jīng)過拋物鏡實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直后，再射入第一個(gè)波束分離器。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的利用拋物鏡將本振參考信號(hào)準(zhǔn)直，使其波束隨著傳播距離保持不變，多個(gè)波束分離器將本振參考信號(hào)分配至相應(yīng)太赫茲混頻器，同時(shí)實(shí)現(xiàn)與待測(cè)信號(hào)的耦合。波束分離器可以利用較薄的低損耗高強(qiáng)度介質(zhì)膜(如邁拉膜片)制作，將其放置于與波束成45°的位置。這樣入射的待測(cè)信號(hào)通過透射至太赫茲混頻器，而本振參考信號(hào)通過反射至太赫茲混頻器。隨著本振參考信號(hào)的逐漸分配，后續(xù)混頻器接收到的本振功率會(huì)逐漸減小。可以通過適當(dāng)增加介質(zhì)膜厚度調(diào)節(jié)，或者制備不同本振功率需求的高靈敏度混頻器解決。對(duì)于較大的本振參考信號(hào)功率輸出，選取較薄的介質(zhì)膜制作波束分離器，可以提高太赫茲信號(hào)的透過率，降低對(duì)系統(tǒng)性能的影響。
[0016]利用波束分離器實(shí)現(xiàn)太赫茲外差陣列接收機(jī)的本振參考信號(hào)分配的優(yōu)點(diǎn)在于:
I)波束分離器通過低損耗高強(qiáng)度介質(zhì)膜(如Mylar)制備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能可靠，并且容易制備，成本低。
[0017]2)波束分離器的反射率和透射率可以通過介質(zhì)膜的厚度調(diào)節(jié)，便于在本振參考信號(hào)功率與系統(tǒng)性能之間尋求平衡。
[0018]3)各路的本振參考信號(hào)功率可以通過介質(zhì)膜的厚度調(diào)節(jié)，或者設(shè)計(jì)不同本振功率需求的混頻器與之匹配。
[0019]4)利用波束分離器實(shí)現(xiàn)本振功率分配的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了本振功率與待測(cè)信號(hào)的耦入口 ο

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0022]圖1所示為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]其中的附圖標(biāo)記為:本振參考信號(hào)源1、波束分離器2、混頻器3、負(fù)載吸收裝置4、拋物鏡5。
[0024]第一實(shí)施例:
如圖1所示，
太赫茲外差陣列接收機(jī)本振參考信號(hào)功率分配裝置，包括有本振參考信號(hào)源1，呈陣列布設(shè)的波束分離器2、與波束分離器2數(shù)量相應(yīng)的混頻器3以及負(fù)載吸收裝置4，波束分離器2上裝配有具有一定反射率和透射率的介質(zhì)膜，介質(zhì)膜與輸出波束呈45°夾角，輸出波束依次透射各個(gè)波束分離器2上的介質(zhì)膜，每個(gè)介質(zhì)膜均反射部分輸出波束與待測(cè)信號(hào)耦合后射至與之相應(yīng)的混頻器3中，本振參考信號(hào)功率分配裝置通過調(diào)整混頻器3的最佳功率需求，使混頻器3接收到的本振參考信號(hào)功率與該混頻器3的最佳功率需求相匹配。
[0025]其中利用波束分離器2實(shí)現(xiàn)太赫茲外差線性陣列接收機(jī)本振功率分配的步驟如下:
I)在本振參考信號(hào)源I的輸出端放置拋物鏡5，實(shí)現(xiàn)輸出波束的準(zhǔn)直，使其波束尺寸隨著距離的傳播保持不變。
[0026]2)利用低損耗高強(qiáng)度介質(zhì)膜制備波束分離器2，即將介質(zhì)膜緊繃到金屬邊框上，將其放置于與入射波束成45°的位置實(shí)現(xiàn)待測(cè)信號(hào)的透射和本振參考信號(hào)的反射?？紤]到太赫茲波束的尺寸約為10mm，波束分離器2直徑為30mm，其厚度為6 μ m，在1.5THz的透過率為96.5%ο
[0027]3)利用第一個(gè)波束分離器2至第四個(gè)波束分離器2的反射特性將本振參考信號(hào)逐級(jí)分配到第一個(gè)混頻器3至第四個(gè)混頻器3。
[0028]4)隨著本振參考信號(hào)功率的逐級(jí)分配及波束分離器2的吸收損耗，本振參考信號(hào)功率會(huì)逐漸減小。第二到第四個(gè)混頻器3接收到的功率分別相當(dāng)于第一個(gè)混頻器3接收功率的96.5%, 93%和89.9%。為此將第二到第四個(gè)超導(dǎo)熱電子混頻器3的微橋體積相應(yīng)逐漸減小，即保持其厚度和寬度不變，第二到第四個(gè)混頻器3的微橋長(zhǎng)度分別相當(dāng)于第一個(gè)混頻器3長(zhǎng)度的96.5%, 93%和89.9%，使其需求的最佳本振功率相應(yīng)減小，依然保持在最佳狀態(tài)工作。
[0029]5)本振參考信號(hào)透射過最后一個(gè)波束分離器2后，放置于后面的吸收負(fù)載將其全部吸收，防止來回反射形成駐波。
[0030]6)波束分離器2在分配本振參考信號(hào)功率的同時(shí)，將待測(cè)信號(hào)與本振參考信號(hào)耦合一起傳輸至混頻器3。
[0031]第二實(shí)施例:
太赫茲外差陣列接收機(jī)本振參考信號(hào)功率分配裝置，包括有本振參考信號(hào)源1，呈陣列布設(shè)的波束分離器2、與波束分離器2數(shù)量相應(yīng)的混頻器3以及負(fù)載吸收裝置4，波束分離器2上裝配有具有一定反射率和透射率的介質(zhì)膜，介質(zhì)膜與輸出波束呈45°夾角，輸出波束依次透射各個(gè)波束分離器2上的介質(zhì)膜，每個(gè)介質(zhì)膜均反射部分輸出波束與待測(cè)信號(hào)耦合后射至與之相應(yīng)的混頻器3中，本振參考信號(hào)功率分配裝置通過調(diào)整不同位置的波束分離器2上的介質(zhì)膜厚度改變介質(zhì)膜反射率和透射率，使混頻器3接收到的本振參考信號(hào)功率與該混頻器3的最佳功率需求相匹配。
[0032]利用波束分離器2實(shí)現(xiàn)太赫茲外差線性陣列接收機(jī)本振功率分配的步驟如下: 步驟I)至3)與第一實(shí)施例相同。
[0033]4)為了防止隨著本振信號(hào)逐級(jí)分配而減小，將第二到第四個(gè)波束分離器2的厚度逐漸增加為6.1 μ m，6.3 μ m和6.5 μ m，透過率相應(yīng)降低為96.4%, 96.2%和96%，從而保證每個(gè)混頻器3接收到的本振參考信號(hào)功率相同。
[0034]步驟5)至6)與第一實(shí)施例相同。
[0035]以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.太赫茲外差陣列接收機(jī)本振參考信號(hào)功率分配裝置，包括有本振參考信號(hào)源(1)，其特征是:還包括呈陣列布設(shè)的波束分離器(2)、與波束分離器(2)數(shù)量相應(yīng)的混頻器(3)以及負(fù)載吸收裝置(4)，所述的波束分離器(2)上裝配有具有一定反射率和透射率的介質(zhì)膜，所述的介質(zhì)膜與輸出波束呈45°夾角，所述的輸出波束依次透射各個(gè)波束分離器(2)上的介質(zhì)膜，每個(gè)所述的介質(zhì)膜均反射部分輸出波束與待測(cè)信號(hào)耦合后射至與之相應(yīng)的混頻器(3)中，本振參考信號(hào)功率分配裝置通過調(diào)整不同位置的波束分離器(2)上的介質(zhì)膜厚度改變介質(zhì)膜反射率和透射率或調(diào)整混頻器(3)的最佳功率需求，使混頻器(3)接收到的本振參考信號(hào)功率與該混頻器(3)的最佳功率需求相匹配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲外差陣列接收機(jī)本振參考信號(hào)功率分配裝置，其特征是:所述的介質(zhì)膜為低損耗高強(qiáng)度介質(zhì)膜。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太赫茲外差陣列接收機(jī)本振參考信號(hào)功率分配裝置，其特征是:所述的介質(zhì)膜為邁拉膜片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲外差陣列接收機(jī)本振參考信號(hào)功率分配裝置，其特征是:所述的本振參考信號(hào)源(I)的輸出端放置有拋物鏡(5)，所述的拋物鏡(5)對(duì)輸出波束進(jìn)行準(zhǔn)直。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太赫茲外差陣列接收機(jī)本振參考信號(hào)功率分配裝置，其特征是:本振參考信號(hào)功率分配裝置通過調(diào)整每一個(gè)波束分離器(2)的介質(zhì)膜厚度，使每個(gè)介質(zhì)膜反射的輸出波束功率相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太赫茲外差陣列接收機(jī)本振參考信號(hào)功率分配裝置，其特征是:本振參考信號(hào)功率分配裝置通過調(diào)整混頻器(3)的微橋體積改變混頻器(3)的最佳功率需求。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太赫茲外差陣列接收機(jī)本振參考信號(hào)功率分配裝置，其特征是:將所述的介質(zhì)膜緊繃到金屬邊框上形成所述的波束分離器(2)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲外差陣列接收機(jī)本振參考信號(hào)功率分配裝置，其特征是:透射過介質(zhì)膜的待測(cè)信號(hào)與經(jīng)介質(zhì)膜反射的本振參考信號(hào)進(jìn)行耦合，共同射入混頻器⑶。
9.一種如權(quán)利要求1所述的太赫茲外差陣列接收機(jī)本振參考信號(hào)功率分配裝置分配本振參考信號(hào)功率的方法，其特征是:包括以下步驟:本振參考信號(hào)源(I)射出的輸出波束射向第一個(gè)波束分離器(2)，輸出波束經(jīng)呈45°夾角設(shè)置的第一個(gè)波束分離器(2)的介質(zhì)膜反射一部分功率給第一個(gè)混頻器(3)，其余輸出波束透過介質(zhì)膜射向第二個(gè)波束分離器(2)，輸出波束經(jīng)第二個(gè)波束分離器(2)的介質(zhì)膜反射一部分功率給第二個(gè)混頻器(3)，依次類推直到最后一個(gè)波束分離器(2)的介質(zhì)膜反射一部分功率給最后一個(gè)混頻器(3)，透射過最后一個(gè)波束分離器(2)的輸出波束由負(fù)載吸收裝置(4)吸收，使后級(jí)波束分離器(2)的介質(zhì)膜厚度逐級(jí)大于前級(jí)波束分離器(2)的介質(zhì)膜厚度，每級(jí)波束分離器(2)反射的輸出波束功率均勻，或者使后級(jí)混頻器(3)的微橋體積逐級(jí)小于前級(jí)混頻器(3)的微橋體積，隨著射入混頻器(3)的波束功率的減小而降低最佳功率需求。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太赫茲外差陣列接收機(jī)本振參考信號(hào)功率分配方法，其特征是:所述的本振參考信號(hào)源(I)射出的輸出波束先經(jīng)過拋物鏡(5)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直后，再射入第一個(gè)波束分離器(2)。
【文檔編號(hào)】G01N21/3581GK104266992SQ201410538159
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年10月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月14日
【發(fā)明者】史生才, 張文, 繆巍, 林鎮(zhèn)輝 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)