CN110190864A - 一种分布式本振太赫兹超外差阵列接收机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分布式本振太赫兹超外差阵列接收机，包括：接收机阵列、功分器和同步信号源,阵列中每一路接收机结构相同，且每一路接收机均包括：接收机天线，用于实现接收信号、混频器、中频处理单元和放大倍频链路，所述的接收机天线与混频器之间相互连接，所述接收机天线接收的信号经筛选后送入混频器，所述的同步信号源经功分器后经过放大倍频链路后送入混频器同接收信号进行差频。通过上述方式实现低成本的高灵敏度单片集成探测阵列系统，构建可扩展的超外差阵列，着重突破传统集中式本振源功率受限带来的扩展性限制，同时采用全新的分布式本振放大倍频链路和同步信号源相结合实现高灵敏度可扩展超外差阵列接收机。
Description
技术领域
本发明基于CMOS或者III-IV族材料固态电路超外差探测太赫兹波原理，特别是涉及一种分布式本振太赫兹超外差阵列接收机。
背景技术
通信、雷达、导航、遥感、广播、电视等无线电技术设备，都是通过无线电波来传递信息的，都需要有无线电波的辐射和接收。接收机是整个系统的重要组成部分对系统性能有着直接影响。太赫兹频段接收机的作用就是对高频电磁信号的频谱进行分割和搬移，其中超外差式接收机具有灵敏度高、探测精度强、相干探测功能等优点。
随着毫米波太赫兹集成电路的突破，阵列接收机逐渐成为提高通信速率以及雷达成像速度的普遍手段和技术发展趋势。通过多通道阵列超外差接收机可以在工作频率1THz以下获取0～360°强度相位信息不仅能实现3D成像，而且能够识别物质频谱信息，这对材料特性的探测表征具有重要意义。低成本的大规模阵列接收机成为工业和产品化的必备条件。
但是传统基于硅基或者III-V族材料的太赫兹超外差阵列接收机往往采用集中式本振设计（如附图1），将同步信号经过放大倍频链后再通过功分器输出给各个通道。其优势在于可降低成本和设计难度快速实现阵列间多通道的同步和超外差探测。但是缺点在于随着阵列通道数的增加本振链的功率随之下降、噪声相应提高，最终导致接收机阵列通道数无法大规模线性扩展，接收机成本居高不下。
分布式本振太赫兹超外差阵列接收机将放大倍频链前移到功分器之前，在硅基或III-V族材料的太赫兹超外差阵列接收机芯片设计中把天线、混频、放大倍频链设计在同一单片上，同步型号源经过功分器后输入到每一个通道的放大倍频链上实现所有通道的信号同步从而实现阵列接收机相干探测。其难点在于天线、混频、放大倍频链设计在同一单片，设计、仿真难度加大，体积相较传统方式有所增加。但是优点在于超外差阵列接收机可以进行线性的扩展，通道数可以不再受传统集中式设计带来的限制，所以阵列接收机在性能保持稳定的同时成本将大幅下降。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是如何提供一种低成本、高灵敏度单片集成探测阵列系统，构建可扩展的超外差阵列，着重突破传统集中式本振源功率受限带来的扩展性限制，同时采用全新的分布式本振放大倍频链路和同步信号源相结合实现高灵敏度可扩展超外差阵列接收机。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种分布式本振太赫兹超外差阵列接收机，包括：接收机阵列、功分器和同步信号源，所述的同步信号源与功分器之间相互连接。所述的功分器与接收机阵列中的每一路接收机分别连接，所述的同步信号源经过功分器后为每一路接收机放大倍频链提供同步信号，从而实现阵列接收机相干探测。
阵列中每一路接收机结构相同，且每一路接收机均包括：用于接收探测信号筛选的接收机天线，用于实现接收信号、本振信号间差频功能的混频器、用于向后端信号处理部分输出基带信号的中频处理单元和用于信号放大倍频功能的放大倍频链路，所述的接收机天线与混频器之间相互连接。
所述接收机天线接收的信号经筛选后送入混频器，所述的同步信号源经功分器后再经过放大倍频链路送入混频器同接收信号进行差频。
可选的，所述的中频处理单元中包含有中频链路和中频放大滤波器，所述的中频链路和中频放大滤波器之间相互连接，接收信号经接收机天线筛选接收送入混频器后与经过本振放大倍频路的同步信号源差频后得到中频信号，再经中频放大滤波后输出I/Q信号给数字信号处理部分。
可选的，所述的混频器为谐波混频器或基波混频器。
可选的，放大倍频链为分布式本振放大倍频链路。
可选的，所述探测信号为太赫兹频段或毫米波频段。
可选的，所述接收机天线接收信号筛选后送入混频器或者接收机天线接收信号筛选后通过低噪声放大器放大后再送入混频器。
可选的，同步信号源为锁相环振荡器或者频率综合器。
本发明的有益效果是：低成本的高灵敏度单片集成探测阵列系统，构建可扩展的超外差阵列，着重突破传统集中式本振源功率受限带来的扩展性限制，同时采用全新的分布式本振放大倍频链路和同步信号源相结合实现高灵敏度可扩展超外差阵列接收机。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图，其中：
图1是现有技术中传统集中式本振超外差接收阵列的原理图；
图2是本发明分布式本振太赫兹超外差阵列接收机中一具体实施例的原理图；
其中，图中的附图标记和部件名称之间的对应关系如下：1、接收机阵列；2、功分器；3、同步信号源；11、接收机天线；12、混频器；13、中频处理单元；14、放大倍频链路；131、中频链路；132、中频放大滤波器。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅附图，在本发明的一个具体实施例中提供一种分布式本振太赫兹超外差阵列接收机，
实施例1：
一种分布式本振太赫兹超外差阵列接收机，包括：接收机阵列1、功分器2和同步信号源3，所述的同步信号源3与功分器2之间相互连接。所述的功分器2与接收机阵列1中的每一路接收机分别连接，所述的同步信号源3经过功分器2后为每一路接收机放大倍频链提供同步信号，从而实现阵列接收机相干探测。阵列中每一路接收机结构相同，且每一路接收机均包括：用于接收探测信号筛选的接收机天线11，用于实现接收信号、本振信号间差频功能的混频器12、用于向后端信号处理部分输出基带信号的中频处理单元13和用于信号放大倍频功能的放大倍频链路14，所述的接收机天线11与混频器12之间相互连接。所述接收机天线11接收的信号经筛选后送入混频器12，所述的同步信号源3经功分器2后经过放大倍频链路14后送入混频器12同接收信号进行差频。所述探测信号为太赫兹频段或毫米波频段。
实施例2：
一种分布式本振太赫兹超外差阵列接收机，包括：接收机阵列1、功分器2和同步信号源3，所述的同步信号源3与功分器2之间相互连接。所述的功分器2与接收机阵列1中的每一路接收机分别连接，所述的同步信号源3经过功分器2后为每一路接收机放大倍频链提供同步信号，从而实现阵列接收机相干探测。阵列中每一路接收机结构相同，且每一路接收机均包括：用于接收探测信号筛选的接收机天线11，用于实现接收信号、本振信号间差频功能的混频器12、用于向后端信号处理部分输出基带信号的中频处理单元13和用于信号放大倍频功能的放大倍频链路14，所述的接收机天线11与混频器12之间相互连接。所述接收机天线11接收的信号经筛选后送入混频器12，所述的同步信号源3经功分器2后经过放大倍频链路14、中频处理单元13后送入混频器12。所述探测信号为太赫兹频段或毫米波频段。所述的中频处理单元13中包含有中频链路131和中频放大滤波器132，所述的中频链路131和中频放大滤波器132之间相互连接，接收信号经接收机天线11筛选接收送入混频器12后与经过本振放大倍频路的同步信号源3混频后得到中频信号，再经中频放大滤波后输出I/Q信号给数字信号处理部分。
实施例3：
一种分布式本振太赫兹超外差阵列接收机，包括：接收机阵列1、功分器2和同步信号源3，所述的同步信号源3与功分器2之间相互连接。所述的功分器2与接收机阵列1中的每一路接收机分别连接，所述的同步信号源3经过功分器2后为每一路接收机放大倍频链提供同步信号，从而实现阵列接收机相干探测。阵列中每一路接收机结构相同，且每一路接收机均包括：用于接收探测信号筛选的接收机天线11，用于实现接收信号、本振信号间差频功能的混频器12、用于向后端信号处理部分输出基带信号的中频处理单元13和用于信号放大倍频功能的放大倍频链路14，所述的接收机天线11与混频器12之间相互连接。所述接收机天线11接收的信号经筛选后送入混频器12，所述的同步信号源3经功分器2后经过放大倍频链路14后送入混频器12同接收信号进行差频。
所述探测信号为太赫兹频段或毫米波频段。所述的中频处理单元13中包含有中频链路131和中频放大滤波器132，所述的中频链路131和中频放大滤波器132之间相互连接，接收信号经接收机天线11筛选接收送入混频器12后与经过本振放大倍频路的同步信号源3混频后得到中频信号，再经中频放大滤波后输出I/Q信号给数字信号处理部分。所述的混频器12为谐波混频器或基波混频器，放大倍频链14为分布式本振放大倍频链路。
实施例4：
一种分布式本振太赫兹超外差阵列接收机，包括：接收机阵列1、功分器2和同步信号源3，所述的同步信号源3与功分器2之间相互连接。所述的功分器2与接收机阵列1中的每一路接收机分别连接，所述的同步信号源3经过功分器2后为每一路接收机放大倍频链提供同步信号，从而实现阵列接收机相干探测。阵列中每一路接收机结构相同，且每一路接收机均包括：用于接收探测信号筛选的接收机天线11，用于实现接收信号、本振信号间差频功能的混频器12、用于向后端信号处理部分输出基带信号的中频处理单元13和用于信号放大倍频功能的放大倍频链路14，所述的接收机天线11与混频器12之间相互连接。所述接收机天线11接收的信号经筛选后送入混频器12，所述的同步信号源3经功分器2后经过放大倍频链路14后送入混频器12同接收信号进行差频。
所述探测信号为太赫兹频段或毫米波频段。所述的中频处理单元13中包含有中频链路131和中频放大滤波器132，所述的中频链路131和中频放大滤波器132之间相互连接，接收信号经接收机天线11筛选接收送入混频器12后与经过本振放大倍频路的同步信号源3混频后得到中频信号，再经中频放大滤波后输出I/Q信号给数字信号处理部分。所述的混频器12为谐波混频器或基波混频器，放大倍频链14为分布式本振放大倍频链路。所述接收机阵列1中每一路接收机设置共用天线。
实施例5：
一种分布式本振太赫兹超外差阵列接收机，包括：接收机阵列1、功分器2和同步信号源3，所述的同步信号源3与功分器2之间相互连接。所述的功分器2与接收机阵列1中的每一路接收机分别连接，所述的同步信号源3经过功分器2后为每一路接收机放大倍频链提供同步信号，从而实现阵列接收机相干探测。阵列中每一路接收机结构相同，且每一路接收机均包括：用于接收探测信号筛选的接收机天线11，用于实现接收信号、本振信号间差频功能的混频器12、用于向后端信号处理部分输出基带信号的中频处理单元13和用于信号放大倍频功能的放大倍频链路14，所述的接收机天线11与混频器12之间相互连接。所述接收机天线11接收的信号经筛选后送入混频器12，所述的同步信号源3经功分器2后经过放大倍频链路14后送入混频器12同接收信号进行差频。
所述探测信号为太赫兹频段或毫米波频段。所述的中频处理单元13中包含有中频链路131和中频放大滤波器132，所述的中频链路131和中频放大滤波器132之间相互连接，接收信号经接收机天线11筛选接收送入混频器12后与经过本振放大倍频路的同步信号源3混频后得到中频信号，再经中频放大滤波后输出I/Q信号给数字信号处理部分。所述的混频器12为谐波混频器或基波混频器，放大倍频链14为分布式本振放大倍频链路。所述接收机阵列1中每一路接收机设置独立天线。
实施例6：
一种分布式本振太赫兹超外差阵列接收机，包括接收机天线11、混频器12、分布式本振放大倍频链路14、中频链路131、同步信号源3；接收信号经接收机天线11筛选接收送入混频器12与经过本振放大倍频路的同步信号源3混频得到中频信号，再经中频放大滤波后输出I/Q信号给数字信号处理部分。所述阵列中每一路接收机都配独立的放大倍频链，实现信号放大倍频功能最终输入混频器12实现外差探测。所述阵列采用统一的同步信号源3经过功分器2后为每一路接收机放大倍频链提供同步信号从而实现阵列接收机相干探测。
所述阵列中每一路接收机都配独立的谐波混频器12，用于实现接收信号和本振信号的差频功能。所述阵列中每一路接收机都配独立的中频处理单元13，用于向后端信号处理部分输出基带信号。所述阵列中每一路接收机都配置独立接收天线，用于接收信号的筛选接收。
在一个具体的实施过程中，一种分布式本振太赫兹超外差阵列接收机，包括接收机天线11、混频器12、分布式本振放大倍频链路14、中频链路131、同步信号源3；接收信号经天线筛选接收送入混频器12与经过本振放大倍频路的同步信号源3混频得到中频信号，再经中频放大滤波后输出I/Q信号给数字信号处理部分。
所述分布式本振太赫兹超外差阵列接收机可采用硅基或者采用III-IV材料设计。所述分布式本振太赫兹超外差阵列接收机每个通道可以设计为共用天线或者独立天线。所述分布式本振太赫兹超外差阵列接收机可以采用单片设计或者独立器件搭建。所述分布式本振太赫兹超外差阵列接收机可以工作在常温或者低温环境，所述分布式本振太赫兹超外差阵列接收机可以工作在太赫兹频段或者毫米波频段。所述接收机天线接收信号筛选后送入混频器或者接收机天线接收信号筛选后通过低噪声放大器放大后再送入混频器，同步信号源为锁相环振荡器或者频率综合器。
因此，本发明具有以下优点：低成本的高灵敏度单片集成探测阵列系统，构建可扩展的超外差阵列，着重突破传统集中式本振源功率受限带来的扩展性限制，同时采用全新的分布式本振放大倍频链路和同步信号源相结合实现高灵敏度可扩展超外差阵列接收机系统。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种分布式本振太赫兹超外差阵列接收机，包括：接收机阵列（1）、功分器（2）和同步信号源（3），所述的同步信号源（3）与功分器（2）之间相互连接，所述的功分器（2）与接收机阵列（1）中的每一路接收机分别连接，所述的同步信号源（3）经过功分器（2）后为每一路接收机放大倍频链提供同步信号，从而实现阵列接收机相干探测，其特征在于，阵列中每一路接收机结构相同，且每一路接收机均包括：用于接收探测信号筛选的接收机天线（11），用于实现接收信号、本振信号间差频功能的混频器（12）、用于向后端信号处理部分输出基带信号的中频处理单元（13）和用于信号放大倍频功能的放大倍频链路（14），所述的接收机天线（11）与混频器（12）之间相互连接，所述接收机天线（11）接收的信号经筛选后送入混频器（12），所述的同步信号源（3）经功分器（2）后经过放大倍频链路（14）后送入混频器（12）同接收信号进行差频。
2.根据权利要求1所述的分布式本振太赫兹超外差阵列接收机，其特征在于，所述的中频处理单元（13）中包含有中频链路（131）和中频放大滤波器（132），所述的中频链路（131）和中频放大滤波器（132）之间相互连接，接收信号经接收机天线（11）筛选接收送入混频器（12）后与经过本振放大倍频路的同步信号源（3）混频后得到中频信号，再经中频放大滤波后输出I/Q信号给数字信号处理部分。
3.根据权利要求2所述的分布式本振太赫兹超外差阵列接收机，其特征在于，所述的混频器（12）为谐波混频器或基波混频器。
4.根据权利要求1所述的分布式本振太赫兹超外差阵列接收机，其特征在于，放大倍频链（14）为分布式本振放大倍频链路。
5.根据权利要求1所述的分布式本振太赫兹超外差阵列接收机，其特征在于，所述探测信号为太赫兹频段或毫米波频段。
6.根据权利要求1所述的分布式本振太赫兹超外差阵列接收机，其特征在于，同步信号源（3）为锁相环振荡器或者频率综合器。
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