CN108225575A - 太赫兹信号探测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种太赫兹信号探测装置，用于太赫兹通信中，包括：太赫兹天线，用于接收太赫兹信号，并将其转化为电信号；以及信号处理电路，与所述太赫兹天线耦接，用于根据所述太赫兹天线输出的电信号，来得到所述太赫兹信号的信息；其中，所述太赫兹天线包括：热释电传感器阵列结构单元，所述热释电传感器阵列结构单元包括：安装体，为正多边形；以及多个热释电传感器，设置于所述正多边形的所述安装体内。本发明实施例的太赫兹信号探测装置，能够提高太赫兹信号的探测效率。

Description

太赫兹信号探测装置
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种太赫兹信号探测装置。
背景技术
太赫兹波是指频率在0.1～10THz范围内的电磁波。其中，基于太赫兹波进行通信的技术称为“太赫兹通信”。一般而言，太赫兹通信具有传输速率高、容量大、方向性强、安全性高和穿透性好等诸多特性。
在太赫兹通信中，太赫兹信号的探测(检测)是重要的一环。现有的对太赫兹信号进行探测的方式包括：相干探测、非相干探测和等离子体探测等。其中，非相干探测一般基于光热效应和光子效应来探测太赫兹信号，其能够直接测量太赫兹信号。其中，非相干探测中基于光热效应的探测器有热辐射计、热释电探测器和高莱探测器，它们都是将吸收到的太赫兹辐射能量转换为探测元件的电学性质或物理性质来对太赫兹进行检测的。
但是，现有的对太赫兹信号的探测效率仍有改进的空间。
发明内容
本发明实施例提供了一种太赫兹信号探测装置，能够提高太赫兹信号的探测效率。
本发明实施例提供了一种太赫兹信号探测装置，用于太赫兹通信中，包括：太赫兹天线，用于接收太赫兹信号，并将其转化为电信号；以及信号处理电路，与所述太赫兹天线耦接，用于根据所述天线输出的电信号，来得到所述太赫兹信号的信息；其中，所述太赫兹天线包括：热释电传感器阵列结构单元，所述热释电传感器阵列结构单元包括：安装体，为正多边形；以及多个热释电传感器，设置于所述正多边形的所述安装体内。
其中，所述热释电传感器阵列结构单元的数量为多个，且多个所述热释电传感器阵列结构单元构成正多面体的太赫兹天线阵列结构。
其中，所述信号处理电路包括：放大电路，用于放大所述电信号；模数转换器，用于将所述放大后的电信号转换为数字信号；数据采集器，用于对所述数字信号进行采样，得到采样信号；数据处理器，用于分析所述采样信号，以得到所述太赫兹信号的信息。
其中所述太赫兹信号的信息包括如下至少一项：所述太赫兹信号的方向、所述太赫兹信号的能量强度和所述太赫兹信号的相位。
其中，所述数据处理器，用于根据所述正多面体的各个面的角度以及各个面接收到的所述太赫兹信号的能量强度，确定所述太赫兹信号的信号方向。
其中，所述数据采集器和所述数据处理器共享内存。
其中，所述数据采集器包括：多路并行数据采集通道，以对数据进行并行采样。
其中，还包括：无线通信电路，与所述数据处理器连接，用于传送所述数据处理器所得到的所述太赫兹信号的信息。
其中，所述模数转换器为24位模数转换器，并且所述模数转换器采用1.2V的参考电压。
其中，还包括：存储器，用于存储所述数据处理器所得到的所述太赫兹信号的信息。
本发明实施例的有益效果是：
本发明实施例，采用正多边形的热释电传感器阵列结构来探测太赫兹信号，从而可以提高太赫兹信号的探测效率。
附图说明
图1是本发明的太赫兹信号探测装置的实施例的结构示意图；
图2A～2E为热释电传感器阵列结构单元的实施例的结构示意图；
图3A～3E为太赫兹天线阵列结构的实施例的结构示意图；
图4为信号处理电路的实施例的结构示意图；
图5为放大电路的实施例的结构示意图；
图6和图7为信号处理电路的其他实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例的太赫兹信号探测装置，可以用于太赫兹通信中，例如用于太赫兹通信系统中的接收端，用于接收发射端所发射的太赫兹信号，并根据接收的信息确定太赫兹信号的信号方向和强度等，从而调整天线与发射端对准或对焦。需要说明的是，太赫兹通信时对信号的方向性很敏感，基于点对点的太赫兹通信，在通信之前需要将发射端与接收端天线对准，然后再进行通信。对于一对多的通信，需要在通信前辨别太赫兹通信的方向以及能量强度，然后在调整天线与其对焦，然后在进行通信。具体而言，本发明的太赫兹信号探测装置包括：天线，用于接收太赫兹信号。其中，天线可以是基于热释电传感器的天线。其中，热释电传感器能够吸收太赫兹电磁波并将其转化为热能，热能会改变热释电传感器的极化率，从而产生极化电荷并以电流或电压的形式表现出来。
如图1所示，是本发明的太赫兹信号探测装置1的实施例的结构示意图。其包括：
太赫兹天线11，用于接收太赫兹信号，并将其转化为电信号。以及
信号处理电路12，与太赫兹天线11耦接，用于根据太赫兹天线11输出的电信号，来探测太赫兹信号的信息，例如太赫兹信号的方向和强度，等等。
其中，太赫兹天线11包括：热释电传感器阵列结构单元110。其中，热释电传感器阵列结构单元110可以为正多边形的热释电传感器阵列结构单元110，例如图2A～2D分别示出的正三边形、正四边形、四五边形和正六边形的热释电传感器阵列结构单元。
如图2A～2D所示，热释电传感器阵列结构单元110包括：安装体111，为正多边形，例如正三边形、正四边形、四五边形和正六边形；以及多个热释电传感器112，设置于正多边形的安装体111内。具体而言，如图2E所示，是热释电传感器阵列结构单元110的剖面示意图，如图2E所示，安装体111包括：凹形衬底113，其中凹形衬底113具有多边形平面，该多边形平面包括该凹形衬底的开口。其中，多个热释电传感器112安装于该凹形衬底上，并且该多个热释电传感器112的热释电传感器窗口115即为该凹形衬底113的开口。另外，热释电传感器112含有引脚114，用于连接至后续的电路。
其中，太赫兹天线11还可以包括：多个上述的热释电传感器阵列结构单元110，该多个上述的热释电传感器阵列结构单元110构成正多面体的太赫兹天线阵列结构。例如，每个热释电传感器阵列结构单元110构成正多面体的一个面，如图3A～3E所示，分别示出了正四面体、正八面体、正六面体、正十二面体和正二十面体的太赫兹天线阵列结构。由图3A～3E的太赫兹天线阵列结构可知，其能够对各个方向的太赫兹信号进行接收，因此其能够快速地检测太赫兹信号的方向。例如，首先预存正多面体的各个面的角度，然后根据各个面接收到的太赫兹信号的强度来确定太赫兹信号的方向。
需要说明的是，通过太赫兹天线阵列的每个面接收太赫兹的强度来判断方向的方式中，太赫兹的入射方向角度就一般限于太赫兹天线阵列中单个太赫兹天线所在的接收角度，这个角度一般作为太赫兹的大致入射方位；当需要更精确的入射方向时，则可以在各个热释电传感器采集到的太赫兹的相位后，计算出太赫兹的入射方向(对每一个热释电传感器采集到的数据，通过软件的运算计算出太赫兹的入射方向)，此入射方向精度较高，适合高精度的场景。
本发明实施例，采用正多边形的热释电传感器阵列结构来探测太赫兹信号，从而可以提高太赫兹信号的探测效率。
如图4所示，是图1中的信号处理电路12的实施例的结构示意图。其包括:
放大电路121，用于放大太赫兹天线所生成的电信号。
其中，由于太赫兹信号在经过热释电传感器转换后的电信号较弱。因此需要为每一个热释电传感器配置一个放大电路121，其结构可以如图5所示，从而放大电信号。
其中，在前述的正多面体中，一个面上的多个热释电传感器对应的多个放大电路构成一组放大电路组，该组放大电路组同时打开或关闭。例如，正多面体中，某一个面上的热释电传感器无需工作时，则关闭此面对应的放大电路组。
如图5所示，放大电路121可以包括：电阻R1～R8、电容C1～C3、晶体管D1和运算放大器U1，其中信号源S可以为热释电传感器，其在太赫兹信号的辐射下产生电信号，该电信号经过串联的电阻R1和C1耦合至晶体管D1的栅极。其中电阻R3串接在晶体管D1的栅极和地之间，而电阻R2串接在晶体管D1的栅极和电源电压VDD之间。其中，晶体管D1的漏极通过并联的电阻R5和C2串接至地，晶体管D1的源极通过电阻R4串接至电源电压VDD；另外，晶体管D1的源极还通过电阻R6耦接至运算放大器U1的负向输入端，而运算放大器U1的正向输入端通过电阻R7耦接至地。其中，并联的电容C3和电阻R8串接在运算放大器的负反馈回路中，并且电阻R8为可变电阻。
模数转换器122，耦接至放大电路121，用于将经放大电路121放大后的电信号转换为数字信号。
其中，为了减少电路噪声，减少放大电路的放大级数，模数转换器122可以采用24位模数转换电路。并且，该模数转换器122配合使用1.2V的参考电压，从而使得模数转换器122具备初始化误差低，较低的温度漂移和较低的输出噪声。在采用1.2V的参考电压和24位的模数转换电路部分，可以使得系统的分辨精度达到0.07153微伏，从而使得采集的太赫兹信号具有低噪声和高分辨率等特点。
数据采集器123，用于对模数转换器122生成的数字信号进行采样，得到采样信号。
其中，数据采集器123包括：多路并行数据采集通道，以对数据进行并行采样。其中，系统最大并行采集通道例如可以为256个数据采集通道。
以及，数据处理器124，例如为数据信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)，用于分析数据采集器123所生成的采样信号，以得到太赫兹信号的信息。其中，太赫兹信号的信息包括如下至少一项：太赫兹信号的方向、太赫兹信号的能量强度和太赫兹信号的相位。
其中，数据采集器123和数据处理器124可以共享内存，以实现采样信号的传递，例如如图6所示，数据采集器123和数据处理器124可以共享内存125。另外，数据处理器124可以通过总接口与数据采集器123连接，以对热释电传感器阵列通路进行选择控制，例如分别控制数据采集器123的各路数据采集通道打开和关闭。
另外，如图7所示，信号处理电路12还可以包括：无线通信电路126，与数据处理器124连接，用于传送数据处理器124所得到的所述太赫兹信号的信息。其中，无线通信电路126例如可以为CC1100电路，蓝牙电路、Zigbee电路、GPRS电路和WIFI电路，等等。
继续如图7所示，信号处理电路12还可以包括：存储器127，例如SD卡、TF卡、硬盘等存储介质，用于存储数据处理器124所生成的太赫兹信号的信息。
需要说明的是，前述的太赫兹信号探测装置1还可以包括电源模块、参考时钟模块，等，在此不赘述。
本发明的太赫兹信号探测装置，实现了多个传感器构成正多边形太赫兹天线，以及组成太赫兹天线阵列。并且，能够实现太赫兹多路传感信号的同步采集。同时，可以将对接收的太赫兹信号进行处理所得到的信息传输到其他设备、终端或服务器的系统。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
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 (10)

1.一种太赫兹信号探测装置，用于太赫兹通信中，其特征在于，包括：
太赫兹天线，用于接收太赫兹信号，并将其转化为电信号；以及
信号处理电路，与所述太赫兹天线耦接，用于根据所述太赫兹天线输出的电信号，来得到所述太赫兹信号的信息；
其中，所述太赫兹天线包括：热释电传感器阵列结构单元，所述热释电传感器阵列结构单元包括：
安装体，为正多边形；以及
多个热释电传感器，设置于所述正多边形的所述安装体内。
2.如权利要求1所述的太赫兹信号探测装置，其特征在于，所述热释电传感器阵列结构单元的数量为多个，且多个所述热释电传感器阵列结构单元构成正多面体的太赫兹天线阵列结构。
3.如权利要求2所述的太赫兹信号探测装置，其特征在于，所述信号处理电路包括：
放大电路，用于放大所述电信号；
模数转换器，用于将所述放大后的电信号转换为数字信号；
数据采集器，用于对所述数字信号进行采样，得到采样信号；
数据处理器，用于分析所述采样信号，以得到所述太赫兹信号的信息。
4.如权利要求3所述的太赫兹信号探测装置，其特征在于，所述太赫兹信号的信息包括如下至少一项：所述太赫兹信号的方向、所述太赫兹信号的能量强度和所述太赫兹信号的相位。
5.如权利要求4所述的太赫兹信号探测装置，其特征在于，所述数据处理器，用于根据所述正多面体的各个面的角度以及各个面接收到的所述太赫兹信号的能量强度，确定所述太赫兹信号的信号方向。
6.如权利要求3所述的太赫兹信号探测装置，其特征在于，所述数据采集器和所述数据处理器共享内存。
7.如权利要求3所述的太赫兹信号探测装置，其特征在于，所述数据采集器包括：多路并行数据采集通道，以对数据进行并行采样。
8.如权利要求3所述的太赫兹信号探测装置，其特征在于，还包括：
无线通信电路，与所述数据处理器连接，用于传送所述数据处理器所得到的所述太赫兹信号的信息。
9.如权利要求3所述的太赫兹信号探测装置，其特征在于，所述模数转换器为24位模数转换器，并且所述模数转换器采用1.2V的参考电压。
10.如权利要求3所述的太赫兹信号探测装置，其特征在于，还包括：存储器，用于存储所述数据处理器所得到的所述太赫兹信号的信息。
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