CN109282896B - 一种基于外差接收的太赫兹功率测量系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于外差接收的太赫兹功率测量系统，包括：信号源A(1)、待测太赫兹源(2)、对角喇叭A(3)、对角喇叭B(4)、太赫兹谐波混频器(5)、太赫兹本振倍频链(6)、W波段倍频驱动链路(7)、信号源B(8)和频谱分析仪(9)；本发明通过信号源A与信号源B共用一个参考时钟，实现收发信号相参，相对于热量式功率测量方式，提高了对弱小太赫兹信号功率的检测能力。同时由于采用频谱分析仪、信号源、S波段电缆等通用仪器与普通线束搭建太赫兹功率测试系统，减少了专业设备的使用，操作简单可重复性，提高了测量的通用性与灵活性。

Description

一种基于外差接收的太赫兹功率测量系统
技术领域
本发明涉及一种太赫兹功率测量系统，特别是一种基于外差接收的太赫兹功率测量系统。
背景技术
在固态相参太赫兹雷达系统方面，我国的研究刚刚起步，国内在工作频率、工作体制、以及技术成熟度上与国外存在不小差距；国内受器件及工艺水平的限制，目前由于缺少可靠的测试仪器或手段，太赫兹功率参数的标定是个难题。
目前太赫兹功率测量系统主要由国外VDI公司的PM5功率计以及英国ThomasKeating Ltd公司的TK功率计。其中PM5功率计测量时需要与被测设备直接连接，需要根据不同频段的太赫兹信号，使用不同的波导转接头才能实现与PM5自身WR10波导口的匹配连接，且设备要求在10°～30°的温度环境工作，使用场合与使用方式受限。Tk功率计为光压功率计，测量过程需要对信号进行调制，同时还需要根据入射波水平极化方向调整探测器接收窗口的放置角度，操作复杂，从待测设备功率输出到达探测器接收窗口之间的信号传输环节受外界因素干扰较大。另外一方面无论PM5功率计，还是TK功率都是基于热量式的工作原理，其灵敏度有限，限制了在固态相参太赫兹雷达系统小信号测量方面的应用。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于外差接收的太赫兹功率测量系统，解决太赫兹发射功率参数的标定，以及现有太赫兹功率测量系统灵敏度受限、使用通用性与灵活性不强等方面的问题。
一种基于外差接收的太赫兹功率测量系统，包括：信号源A、待测太赫兹源、对角喇叭A、对角喇叭B、太赫兹谐波混频器、太赫兹本振倍频链、W波段倍频驱动链路、信号源B和频谱分析仪。
信号源A的射频输出口与待测太赫兹源的泵源输入口连接，信号源A的同步输出口与频谱分析仪的触发输入口连接，信号源A的参考时钟信号输出口与信号源B的参考时钟输入口连接；信号源B的射频输出口与W波段倍频驱动链路的输入口连接；W波段倍频驱动链路的输出口与太赫兹本振倍频链输入口连接；太赫兹本振倍频链输出口与太赫兹谐波混频器本振输入口连接；太赫兹谐波混频器信号输入口与对角喇叭B的输出口连接；太赫兹谐波混频器信号输出口与频谱分析仪的输入口连接，待测太赫兹源的输出口与对角喇叭A的馈电输入口连接；对角喇叭A辐射太赫兹波能量，经过空间自由传输到达对角喇叭B的接收口面。
功率测量过程：信号源A输出待测太赫兹源所需的泵源信号，待测太赫兹源在泵源驱动下输出波长为λ的待测太赫兹信号，待测功率用Ps表示，经增益为Gt的对角喇叭A放大并辐射出去；同时信号源A输出参考时钟信号给信号源B，使得信号源B输出的本振信号与发射信号相参；信号源B输出的本振信号经W波段倍频驱动链路倍频放大输出W波段驱动信号，太赫兹本振倍频链对W波段驱动信号进一步倍频放大，产生太赫兹谐波混频器所需的本振信号。同时增益为Gr的对角喇叭B接收距离为R0的对角喇叭A辐射过来太赫兹信号，作为太赫兹谐波混频器的信号输入；太赫兹谐波混频器完成接收太赫兹信号下变频，输出中频信号至频谱分析仪；由于发射接收信号相参，频谱分析仪9能够对接收到的中频信号做相参处理，在信号源A同步信号的触发下实时测量接收到的中频信号功率，记录为PIF。待测功率Ps的具体计算公式如下，单位为dB。
Figure BDA0001357776860000021
其中：
Ls为太赫兹谐波混频器与频谱分析仪之间连接线缆的损耗，测量前用矢网进行标定；
Gs为太赫兹谐波混频器变频损耗；
Figure BDA0001357776860000022
为对角喇叭A到对角喇叭B的距离衰减；
本发明通过信号源A与信号源B共用一个参考时钟，实现收发信号相参，相对于热量式功率测量方式，提高了对弱小太赫兹信号功率的检测能力。同时由于采用频谱分析仪、信号源、S波段电缆等通用仪器与普通线束搭建太赫兹功率测试系统，减少了专业设备的使用，操作简单可重复性，提高了测量的通用性与灵活性。
附图说明
图1一种基于外差接收的太赫兹功率测量系统示意图。
1.信号源A 2.待测太赫兹源 3.对角喇叭A 4.对角喇叭B 5.太赫兹谐波混频器6.太赫兹本振倍频链 7.W波段倍频驱动链路 8.信号源B 9.频谱分析仪。
具体实施方式
一种基于外差接收的太赫兹功率测量系统，包括：信号源A1、待测太赫兹源2、对角喇叭A3、对角喇叭B4、太赫兹谐波混频器5、太赫兹本振倍频链6、W波段倍频驱动链路7、信号源B 8和频谱分析仪9。
信号源A1的射频输出口与待测太赫兹源2的泵源输入口连接，信号源A1的同步输出口与频谱分析仪9的触发输入口连接，信号源A1的参考时钟信号输出口与信号源B8的参考时钟输入口连接；信号源B8的射频输出口与W波段倍频驱动链路7的输入口连接；W波段倍频驱动链路7的输出口与太赫兹本振倍频链6输入口连接；太赫兹本振倍频链6输出口与太赫兹谐波混频器5本振输入口连接；太赫兹谐波混频器5信号输入口与对角喇叭B4的输出口连接；太赫兹谐波混频器5信号输出口与频谱分析仪9的输入口连接；待测太赫兹源2的输出口与对角喇叭A3的馈电输入口连接；对角喇叭A3辐射太赫兹波能量，经过空间自由传输到达对角喇叭B4的接收口面。
功率测量过程：信号源A1输出待测太赫兹源2所需的泵源信号，待测太赫兹源2在泵源驱动下输出波长为λ的待测太赫兹信号，待测功率用Ps表示，经增益为Gt的对角喇叭A3放大并辐射出去；同时信号源A1输出10MHz的参考时钟信号给信号源B8，使得信号源B8输出的本振信号与发射信号相参；信号源B输出的本振信号经W波段倍频驱动链路7倍频放大输出W波段驱动信号，太赫兹本振倍频链6对W波段驱动信号进一步倍频放大，产生太赫兹谐波混频器5所需的本振信号。同时增益为Gr的对角喇叭B4接收距离为R0的对角喇叭A3辐射过来太赫兹信号，作为太赫兹谐波混频器5的信号输入；太赫兹谐波混频器5完成接收太赫兹信号下变频，输出中频信号至频谱分析仪9；由于发射接收信号相参，频谱分析仪9能够对接收到的中频信号做相参处理，在信号源A1同步信号的触发下实时测量接收到的中频信号功率，记录为PIF。待测功率Ps的具体计算公式如下：
Figure BDA0001357776860000041
单位为dB。
其中：
Ls为太赫兹谐波混频器5与频谱分析仪9之间连接线缆的损耗，测量前用矢网进行标定；
Gs为太赫兹谐波混频器5的变频损耗；
Figure BDA0001357776860000042
为对角喇叭A3到对角喇叭B4的距离衰减。

Claims (3)

1.一种基于外差接收的太赫兹功率测量系统，包括：信号源A(1)、待测太赫兹源(2)、对角喇叭A(3)、对角喇叭B(4)、太赫兹谐波混频器(5)、太赫兹本振倍频链(6)、W波段倍频驱动链路(7)、信号源B(8)和频谱分析仪(9)；
信号源A(1)的射频输出口与待测太赫兹源(2)的泵源输入口连接，信号源A(1)的同步输出口与频谱分析仪(9)的触发输入口连接，信号源A(1)的参考时钟信号输出口与信号源B(8)的参考时钟输入口连接；信号源B(8)的射频输出口与W波段倍频驱动链路(7)的输入口连接；W波段倍频驱动链路(7)的输出口与太赫兹本振倍频链(6)输入口连接；太赫兹本振倍频链(6)输出口与太赫兹谐波混频器(5)本振输入口连接；太赫兹谐波混频器(5)信号输入口与对角喇叭B(4)的输出口连接；太赫兹谐波混频器(5)信号输出口与频谱分析仪(9)的输入口连接；待测太赫兹源(2)的输出口与对角喇叭A(3)的馈电输入口连接；对角喇叭A(3)辐射太赫兹波能量，经过空间自由传输到达对角喇叭B(4)的接收口面；
功率测量过程：信号源A(1)输出待测太赫兹源(2)所需的泵源信号，待测太赫兹源(2)在泵源驱动下输出波长为λ的待测太赫兹信号，待测功率用Ps表示，经增益为Gt的对角喇叭A(3)放大并辐射出去；同时信号源A(1)输出参考时钟信号给信号源B(8)，使得信号源B(8)输出的本振信号与发射信号相参；信号源B输出的本振信号经W波段倍频驱动链路(7)倍频放大输出W波段驱动信号，太赫兹本振倍频链(6)对W波段驱动信号进一步倍频放大，产生太赫兹谐波混频器(5)所需的本振信号；同时增益为Gr的对角喇叭B(4)接收距离为R0的对角喇叭A(3)辐射过来太赫兹信号，作为太赫兹谐波混频器(5)的信号输入；太赫兹谐波混频器(5)完成接收太赫兹信号下变频，输出中频信号至频谱分析仪(9)；由于发射接收信号相参，频谱分析仪(9)能够对接收到的中频信号做相参处理，在信号源A(1)同步信号的触发下实时测量接收到的中频信号功率，记录为PIF；待测功率Ps的具体计算公式如下：
Figure FDA0002459293400000011
计数单位为dB；
其中：
Ls为太赫兹谐波混频器(5)与频谱分析仪(9)之间连接线缆的损耗，测量前进行标定；
Gs为太赫兹谐波混频器(5)的变频损耗；
Figure FDA0002459293400000021
为对角喇叭A(3)到对角喇叭B(4)的距离衰减。
2.如权利要求1所述的基于外差接收的太赫兹功率测量系统，其特征在于：所述参考时钟信号为10MHz。
3.如权利要求1所述的基于外差接收的太赫兹功率测量系统，其特征在于：所述Ls为太赫兹谐波混频器(5)与频谱分析仪(9)之间连接线缆的损耗，测量前用矢网进行标定。
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