CN108398691A - 一种差频信号产生装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种差频信号产生装置及方法。装置包括太赫兹发射器、第一本振源、第一混频探测器、第一功率放大器和信号处理链路；太赫兹发射器向被测目标发射第一太赫兹波；第一混频探测器对由被测目标反射的反射波和第一本振源产生的第二太赫兹波进行混频获得第一差频信号；第一功率放大器对第一差频信号进行功率放大；信号处理链路包括倍频器、第二本振源和第二混频探测器；倍频器接收并倍频放大后的第一差频信号获得第二差频信号，第二混频探测器对第二差频信号和第二本振源产生的射频信号进行混频获得第三差频信号并将第三差频信号输出。本发明得到的第三差频信号在进行时频分析时，在较短时间窗口下提高了时间分辨率和速度分辨率。

Description

一种差频信号产生装置及方法

技术领域

本发明涉及信号分析技术领域，具体而言，涉及一种差频信号产生装置及方法。

背景技术

太赫兹波(THz波)是振荡频率在～10¹²Hz量级的电磁波，太赫兹波具有对非极性材料穿透性好、载频高、不引起电离破坏等特点，在国家和公共安全、军事、高速通信、生物研究等领域具有巨大应用潜力。太赫兹波技术近年来发展迅速，其中利用太赫兹波进行多普勒干涉测速，具有对非极性材料穿透性好的特点和优势，在材料加载下的动态响应研究领域具有重要应用价值。

多普勒干涉测速技术基于多普勒效应实现。多普勒效应指的是电磁波(频率f)照射到运动物体上，被其反射的电磁波频率会发生一定的变化的现象。电磁波频率变化量称之为多普勒频移(频率变化量Δf与物体速度u成正比，Δf＝f'-f＝2uf/c，其中c为光速)。在多普勒干涉测速技术中，将电磁波分为两束，一束照射到运动目标上被反射，反射电磁波与另一束进行干涉，由于两束电磁波的频率不同，记录得到的时域干涉信号是以多普勒频移为频率的振荡信号(即S(t)＝Asin(2πΔft))。若物体的运动速度是变化的,即u＝u(t)，那么振荡信号的振荡频率也在随时间变化，Δf＝Δf(t)。对该信号进行时频分析，就可以得到运动目标速度随时间的变化历史u(t)。

对多普勒干涉测速信号的时频分析一般采用短时傅里叶变换技术，将反射电磁波与另一束电磁波干涉后得到的干涉信号直接平均分割成多个时间段(宽度Δt)，每个时间段进行傅里叶频谱分析，获得这段时间内的振荡频率(即多普勒频移)，由此计算出运动目标在此时间段内的平均速度。在物体运动速度较为平稳的情况下，直接对干涉信号进行时频分析可以获得比较高精度的速度历史信息，在速度变化较快的情形下，时频分析存在速度分辨率不足的缺陷。因此，当前直接对多普勒干涉测速技术获得的信号进行时频分析的方法，无法同时实现时间分辨率和速度精度都比较高的效果。图1(a)为现有技术提供的速度曲线示意图，图1(b)为现有技术提供的太赫兹多普勒干涉信号示意图，图1(c)为现有技术提供的大时间窗口下的多普勒信号时频分析示意图，图1(d)为现有技术提供的小时间窗口下的多普勒信号时频分析示意图，如图1(a)-(d)所示，可以看到，对于同一个信号，若采用大的时间窗口，速度精度较高，但时间分辨较弱；而如果采用较短的时间窗口，时间分辨较高但速度分辨较低。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种差频信号产生装置及方法，以解决上述无法同时达到较高时间分辨率和速度分辨率的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种差频信号产生装置，包括：依次通信连接的太赫兹发射器、第一本振源、第一混频探测器、第一功率放大器和信号处理链路；其中，

所述太赫兹发射器用于向被测目标发射第一太赫兹波；

所述第一本振源用于产生第二太赫兹波；

所述第一混频探测器用于对由所述被测目标反射的所述第一太赫兹波对应的反射波和所述第二太赫兹波进行混频，获得第一差频信号；

所述第一功率放大器用于对所述第一差频信号进行功率放大；

所述信号处理链路包括倍频器、第二本振源和第二混频探测器；所述倍频器用于接收并倍频放大后的所述第一差频信号，获得第二差频信号，所述第二本振源用于产生射频信号，所述第二混频探测器用于对所述第二差频信号和所述射频信号进行混频，获得第三差频信号，并将所述第三差频信号输出。

进一步地，所述装置，还包括与所述信号处理链路连接的示波器；

所述示波器接收来自所述第二混频探测器发送的所述第三差频信号，并进行显示。

进一步地，所述信号处理链路，还包括第一滤波器和第二滤波器；

所述第一滤波器与所述倍频器连接，用于对所述第一功率放大器发送的放大后的所述第一差频信号进行滤波处理；

所述第二滤波器与所述第二混频探测器连接，用于对所述第二混频探测器发送所述第三差频信号进行滤波处理。

进一步地，所述信号处理链路，还包括与所述第二混频探测器连接的第二功率放大器；

所述第二功率放大器用于对所述第三差频信号的功率进行放大。

进一步地，所述倍频器为晶体管倍频器、变容二极管倍频器或阶跃恢复二极管倍频器。

进一步地，所述第一太赫兹波的频率为f₀，所述第二太赫兹波的频率为f₀-F_c，其中，F_c>NΔf₁，N为所述倍频器的倍频次数，Δf₁为第一多普勒频移，相应的，所述第一差频信号为S₁(t)＝A₁sin[2π(F_c+Δf)t]，A₁为所述第一差频信号的幅值，t为时间。

进一步地，所述第二差频信号为：S₂(t)＝A₂sin[2πN(F_c+Δf)t]，A₂为所述第二差频信号的幅值。

进一步地，所述射频信号的频率为：F_LO，其中，NF_c-F_LO>NΔf；所述第三差频信号为：S₃(t)＝A₃sin[2π(NF_c-F_LO+NΔf)t]，A₃为所述第三差频信号的幅值。

进一步地，所述信号处理链路为多个，多个所述信号处理链路通过级联的方式连接。

第二方面，本发明实施例提供了一种差频信号产生方法，包括：

通过太赫兹发射器向被测目标发射第一太赫兹波，所述被测目标反射出反射波；

将第一本振源产生的第二太赫兹波与所述反射波发送至第一混频探测器进行混频，获得第一差频信号，并将所述第一差频信号发送至第一功率放大器；

所述第一功率放大器对所述第一差频信号的功率进行放大，并将放大后的所述第一差频信号发送至信号处理链路，所述信号处理链路包括倍频器、第二本振源和第二混频探测器；

所述倍频器对放大后的所述第一差频信号进行倍频，获得第二差频信号；

将所述第二本振源产生的射频信号和所述第二差频信号输入所述第二混频探测器进行混频，获得第三差频信号。

本发明实施例通过倍频器对第一差频信号进行倍频，获得第二差频信号，使得第二差频信号中的多普勒频移扩大了N倍，第二差频信号通过第二混频探测器进行混频，降低了第二混频探测器中的载波频率，从而得到的第三差频信号在进行时频分析时，在较短时间窗口下，能够提高时间分辨率和速度分辨率。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1(a)为现有技术提供的速度曲线示意图；

图1(b)为现有技术提供的太赫兹多普勒干涉信号示意图；

图1(c)为现有技术提供的大时间窗口下的多普勒信号时频分析示意图；

图1(d)为现有技术提供的小时间窗口下的多普勒信号时频分析示意图；

图2为本发明实施例提供的一种差频信号产生装置结构示意图；

图3为本发明另一实施例提供的差频信号产生装置结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种差频信号产生方法流程示意图；

图5(a)为本发明实施例提供的倍频前多普勒频移示意图；

图5(b)为本发明实施例提供的倍频后多普勒频移示意图；

图6(a)为本发明实施例提供的被测目标的速度历史示意图；

图6(b)为本发明实施例提供的太赫兹干涉信号；

图7(a)为本发明实施例提供的倍频前时频分析结果示意图；

图7(b)为本发明实施例提供的倍频后时频分析结果示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图2为本发明实施例提供的一种差频信号产生装置结构示意图，如图2所示，差频信号产生装置包括依次通信连接的太赫兹发射器201、第一本振源202、第一混频探测器203、第一功率放大器204和信号处理链路205；其中，

所述太赫兹发射器201用于向被测目标发射第一太赫兹波；太赫兹发射器201发射出一定功率和震荡频率的第一太赫兹波，并将第一太赫兹波射向被测目标，被测目标反射该第一太赫兹波，从而产生反射波。

所述第一本振源202用于产生一定功率的第二太赫兹波；应当说明的是，第二太赫兹波的频率需要满足预设要求。

所述第一混频探测器203用于对由所述被测目标反射的所述第一太赫兹波对应的反射波和所述第二太赫兹波进行混频，获得第一差频信号；由于太赫兹发生器发出的第一太赫兹波振动频率非常高(振动频率在10的12次方量级)，且其对应的反射波的振动频率也非常高，因此，无法直接测量其所携带的多普勒频移信息。需要用第一混频探测器将反射波和本振信号进行混频，输出一个较低频率的信号来进行探测。将反射波和第二太赫兹波都输入到第一混频探测器203中进行混频，获得振动频率较低的第一差频信号。

所述第一功率放大器204用于对所述第一差频信号进行功率放大，使得放大后的第一差频信号满足信号处理链路对输入信号的功率要求，并将放大后的第一差频信号输入到信号处理链路中。

所述信号处理链路205包括倍频器2051、第二本振源2052和第二混频探测器2053；所述倍频器2051用于接收并倍频放大后的所述第一差频信号，获得第二差频信号，其中，第二差频信号中的多普勒频移信号的频率扩大了N倍，应当说明的是，扩大的倍数与倍频器2051的倍频次数相关。由于第二差频信号经过倍频器2051进行倍频后，其载波频率也变大了N倍，这有可能超出信号记录系统(示波器)的记录带宽，因此需要对第二差频信号进行混频，所述第二本振源2052用于产生一定频率的射频信号，将第二差频信号和射频信号输入到第二混频探测器2053中，所述第二混频探测器2053用于对所述第二差频信号和所述射频信号进行混频，使得第二差频信号中的载波频率降下来，获得第三差频信号，并将所述第三差频信号输出。应当说明的是，第三差频信号可以作为进行时频分析的基础数据。

应当说明的是，倍频器可为晶体管倍频器、变容二极管倍频器或阶跃恢复二极管倍频器，还可以为其他类型的倍频器，本发明实施例对此不作具体限定。本发明实施例中的太赫兹发射器、第一本振源、第一混频探测器、第一功率放大器、倍频器、第二本振源和第二混频探测器均为现有技术中已存在的设备，其具体型号及内部结构不再赘述。

本发明实施例通过倍频器对第一差频信号进行倍频，获得第二差频信号，使得第二差频信号中的多普勒频移扩大了N倍，第二差频信号通过第二混频探测器进行混频，降低了第二混频探测器中的载波频率，从而得到的第三差频信号在进行时频分析时，在较短时间窗口下，能够提高时间分辨率和速度分辨率。

在上述实施例的基础上，所述装置，还包括与所述信号处理链路连接的示波器206；

所述示波器206接收来自所述第二混频探测器2053发送的所述第三差频信号，并进行显示。

在具体的实施过程中，图3为本发明另一实施例提供的差频信号产生装置结构示意图，如图3所示，信号处理链路205与示波器206通信连接，示波器206接收来自第二混频探测器2053发送的第三差频信号，并且将该第三差频信号显示在屏幕上。

本发明实施例通过将第三差频信号发送至示波器上进行显示，方便用户进行查看。

在上述实施例的基础上，所述信号处理链路205，还包括第一滤波器2054和第二滤波器2055；

所述第一滤波器2054与所述倍频器2051连接，用于对所述第一功率放大器204发送的放大后的所述第一差频信号进行滤波处理；当第一功率放大器204对第一差频信号进行放大后，需要将放大后的第一差频信号发送至信号处理链路205，信号链路205在接收到该放大后的第一差频信号后，首先进行滤波处理，过滤掉放大后的第一差频信号中的杂散信号及噪声。

所述第二滤波器2055与所述第二混频探测器2053连接，用于对所述第二混频探测器发2053送所述第三差频信号进行滤波处理。与第一滤波器同理，第二滤波器将第三差频信号中的杂散信号及噪声过滤掉，获得信号质量较好的第三差频信号。

在上述实施例的基础上，所述信号处理链路205，还包括与所述第二混频探测器2053连接的第二功率放大器2056；

所述第二功率放大器2056用于对所述第三差频信号的功率进行放大，通过放大的第三差频信号输入到滤波器中后，便于用户观察。

在上述实施例的基础上，所述第一太赫兹波的频率为f₀，所述第二太赫兹波的频率为f₀-F_c，其中，第二太赫兹波的频率应当满足F_c>NΔf₁，N为所述倍频器的倍频次数，Δf₁为由于被测目标运动产生的第一多普勒频移，相应的，将第一太赫兹波对应的反射波与第二太赫兹波输入到倍频器中进行倍频后得到的第一差频信号为S₁(t)＝A₁sin[2π(F_c+Δf)t]，A₁为所述第一差频信号的幅值，t为时间。

本发明实施例通过满足条件的第二太赫兹波对反射波进行混频，从而能够得到符合信号处理链路对输入信号的要求。

在上述实施例的基础上，将第一差频信号输入到倍频器中进行倍频之后获得的第二差频信号为：S₂(t)＝A₂sin[2πN(F_c+Δf)t]，A₂为所述第二差频信号的幅值，其他参数与上述实施例中一致，此处不再赘述。

本发明实施例通过倍频器对第一差频信号进行倍频，获得第二差频信号，使得第二差频信号中的多普勒频移扩大了N倍，第二差频信号通过第二混频探测器进行混频，降低了第二混频探测器中的载波频率，从而得到的第三差频信号在进行时频分析时，在较短时间窗口下，能够提高时间分辨率和速度分辨率。

在上述实施例的基础上，由于经过倍频器进行倍频后获得的第二差频信号的多普勒频移信号扩大了N倍的同时，导致了载波频率也变大了N倍，这有可能超出信号记录系统中(示波器)的记录带宽，因此，需要对第二差频信号再次混频，从第二本振源中获得射频信号(频率为F_LO)，且射频信号应满足NF_c-F_LO>NΔf；当将第二差频信号S₂(t)＝A₂sin[2πN(F_c+Δf)t]和F_LO输入到第二混频探测器中后，获得的第三差频信号为S₃(t)＝A₃sin[2π(NF_c-F_LO+NΔf)t]，A₃为所述第三差频信号的幅值，其他参数与上述实施例中一致，此处不再赘述。

本发明实施例通过倍频器对第一差频信号进行倍频，获得第二差频信号，使得第二差频信号中的多普勒频移扩大了N倍，第二差频信号通过第二混频探测器进行混频，降低了第二混频探测器中的载波频率，从而得到的第三差频信号在进行时频分析时，在较短时间窗口下，能够提高时间分辨率和速度分辨率。

在上述各实施例的基础上，所述信号处理链路为多个，多个所述信号处理链路通过级联的方式连接。

在具体的实施过程中，差频信号产生装置中的信号处理链路可以为多个，并且多个信号处理链路通过级联的方式进行连接，即将多个信号处理链路进行串联。

本发明实施例通过将多个信号处理链路进行级联从而进行了多次倍频和混频，能够增加第三多普勒频移信号扩大倍数。

图4为本发明实施例提供的一种差频信号产生方法流程示意图，如图4所示，所述方法，包括：

步骤401：通过太赫兹发射器向被测目标发射第一太赫兹波，所述被测目标反射出反射波；

在具体实施过程中，太赫兹发射器发射出第一太赫兹波照射到被测目标上，被测目标反射出反射波，由于反射波的振动频率太大，因此需要将反射波输入到第一混频探测器中进行混频。

步骤402：将第一本振源产生的第二太赫兹波与所述反射波发送至第一混频探测器进行混频，获得第一差频信号，并将所述第一差频信号发送至第一功率放大器；

在具体实施过程中，通过第一本振源产生第二太赫兹波，在对反射波进行混频时需要第二太赫兹波的加入，第一混频探测器对输入的第二太赫兹波和反射波进行混频，获得第一差频信号，并将第一差频信号发送至第一功率放大器中进行放大。

步骤403：所述第一功率放大器对所述第一差频信号的功率进行放大，并将放大后的所述第一差频信号发送至信号处理链路，所述信号处理链路包括倍频器、第二本振源和第二混频探测器；

在具体实施过程中，第一功率放大器对第一差频信号的功率进行放大，获得放大后的第一差频信号，并将放大后的第一差频信号发送至信号处理链路，使得信号处理链路继续对放大后的第一差频信号进行处理。应当说明的是，信号处理链路中包括倍频器、第二本振源和第二混频探测器，应当说明的是，信号处理链路中还可以包括其他设备，例如：第一滤波器、第二滤波器以及第二功率放大器中任意一项或其组合，本发明实施例对此不作具体限定。

步骤404：所述倍频器对放大后的所述第一差频信号进行倍频，获得第二差频信号；

在具体实施过程中，信号处理链路中的倍频器对放大后的第一差频信号中的多普勒频移信号进行倍频，使得多普勒频移信号的频率扩大N倍，获得第二差频信号。

步骤405：将所述第二本振源产生的射频信号和所述第二差频信号输入所述第二混频探测器进行混频，获得第三差频信号。

在具体实施过程中，由于第二差频信号经过倍频器进行倍频后，其载波频率也变大了N倍，这有可能超出信号记录系统(示波器)的记录带宽，因此需要对第二差频信号进行混频，所述第二本振源用于产生一定频率的射频信号，将第二差频信号和射频信号输入到第二混频探测器中，所述第二混频探测器用于对所述第二差频信号和所述射频信号进行混频，使得第二差频信号中的载波频率降下来，获得第三差频信号，并将所述第三差频信号输出。应当说明的是，第三差频信号可以作为进行时频分析的基础数据。

本发明实施例通过倍频器对第一差频信号进行倍频，获得第二差频信号，使得第二差频信号中的多普勒频移扩大了N倍，第二差频信号通过第二混频探测器进行混频，降低了第二混频探测器中的载波频率，从而得到的第三差频信号在进行时频分析时，在较短时间窗口下，能够提高时间分辨率和速度分辨率。

另外，本发明实施例对经过差频信号产生装置产生的差频信号作为时频分析的数据基础，能够提高时间分辨率和速度分辨率进行了理论分析和数值模拟，具体如下：

假设被测目标的运动速度历史为u＝u(t)，被测目标反射的太赫兹波频率由原来的f₀变为f₀+Δf＝f₀+2u(t)f₀/c，该信号在第一混频探测器内与频率为f₀-F_c的第二太赫兹波进行混频，并输出二者的第一差频信号为

将此第一差频信号输入倍频器，得到输出第二差频信号为

将此第二差频信号输入第二混频探测器，与频率为F_LO的信号进行混频，并经过第二滤波器滤波，得到第三差频信号，并将第三差频信号输出，第三差频信号为：

可以看到，上式将多普勒频移信号从原来的2u(t)f₀/c增大了N倍，变为2Nu(t)f₀/c。

利用MatLAB对上述过程进行了数值模拟，将依据运动物体速度历史产生的第一太赫兹波输入本发明的差频信号产生装置进行处理，并将输出的第三差频信号与第一太赫兹波分别进行了时频分析，图5(a)为本发明实施例提供的倍频前多普勒频移示意图，图5(b)为本发明实施例提供的倍频后多普勒频移示意图，图6(a)为本发明实施例提供的被测目标的速度历史示意图，图6(b)为本发明实施例提供的太赫兹干涉信号，其中，原始干涉信号即第一太赫兹波，16倍频后信号即经过倍频器进行倍频后得到的第二差频信号，图7(a)为本发明实施例提供的倍频前时频分析结果示意图，图7(b)为本发明实施例提供的倍频后时频分析结果示意图。

从时频分析结果(图7(a)-(b))可以看出，与未经过倍频的原始信号相比，经过16次倍频后，即使采用较短的时间窗口(从100ns缩短3.3倍到30ns)，速度分辨率(纵向)仍有大幅提高。

具体的模拟参数：

目标物体运动速度：

太赫兹发射器发出第一太赫兹波的频率f₀＝220GHz，对应的多普勒频移为Δf＝14.7MHz；

倍频器倍频次数N＝16；

第一本振源发出的第二太赫兹波的频率f₀+F_c＝220.630GHz，满足Fc＞NΔf；

第二本振源发出的信号频率为9GHz，满足NF_c-F_LO>NΔf的条件；

在时频分析时，对于未倍频信号，其短时傅里叶变换的时间窗口取Δt₁＝100ns，对于倍频信号取Δt₂＝30ns；

示波器采样速率40GS/s。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种差频信号产生装置，其特征在于，包括：依次通信连接的太赫兹发射器、第一本振源、第一混频探测器、第一功率放大器和信号处理链路；其中，

所述太赫兹发射器用于向被测目标发射第一太赫兹波；

所述第一本振源用于产生第二太赫兹波；

所述第一混频探测器用于对由所述被测目标反射的所述第一太赫兹波对应的反射波和所述第二太赫兹波进行混频，获得第一差频信号；

所述第一功率放大器用于对所述第一差频信号进行功率放大；

所述信号处理链路包括倍频器、第二本振源和第二混频探测器；所述倍频器用于接收并倍频放大后的所述第一差频信号，获得第二差频信号，所述第二本振源用于产生射频信号，所述第二混频探测器用于对所述第二差频信号和所述射频信号进行混频，获得第三差频信号，并将所述第三差频信号输出。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置，还包括与所述信号处理链路连接的示波器；

所述示波器接收来自所述第二混频探测器发送的所述第三差频信号，并进行显示。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号处理链路，还包括第一滤波器和第二滤波器；

所述第一滤波器与所述倍频器连接，用于对所述第一功率放大器发送的放大后的所述第一差频信号进行滤波处理；

所述第二滤波器与所述第二混频探测器连接，用于对所述第二混频探测器发送所述第三差频信号进行滤波处理。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号处理链路，还包括与所述第二混频探测器连接的第二功率放大器；

所述第二功率放大器用于对所述第三差频信号的功率进行放大。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述倍频器为晶体管倍频器、变容二极管倍频器或阶跃恢复二极管倍频器。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一太赫兹波的频率为f₀，所述第二太赫兹波的频率为f₀-F_c，其中，F_c>NΔf₁，N为所述倍频器的倍频次数，Δf₁为第一多普勒频移，相应的，所述第一差频信号为S₁(t)＝A₁sin[2π(F_c+Δf)t]，A₁为所述第一差频信号的幅值，t为时间。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第二差频信号为：S₂(t)＝A₂sin[2πN(F_c+Δf)t]，A₂为所述第二差频信号的幅值。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述射频信号的频率为：F_LO，其中，NF_c-F_LO>NΔf；所述第三差频信号为：S₃(t)＝A₃sin[2π(NF_c-F_LO+NΔf)t]，A₃为所述第三差频信号的幅值。

9.根据权利要求1-8任一项所述的装置，其特征在于，所述信号处理链路为多个，多个所述信号处理链路通过级联的方式连接。

10.一种差频信号产生方法，其特征在于，包括：

通过太赫兹发射器向被测目标发射第一太赫兹波，所述被测目标反射出反射波；

将第一本振源产生的第二太赫兹波与所述反射波发送至第一混频探测器进行混频，获得第一差频信号，并将所述第一差频信号发送至第一功率放大器；

所述第一功率放大器对所述第一差频信号的功率进行放大，并将放大后的所述第一差频信号发送至信号处理链路，所述信号处理链路包括倍频器、第二本振源和第二混频探测器；

所述倍频器对放大后的所述第一差频信号进行倍频，获得第二差频信号；

将所述第二本振源产生的射频信号和所述第二差频信号输入所述第二混频探测器进行混频，获得第三差频信号。