CN110945367B - 一种探测装置 - Google Patents
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Abstract
一种毫米或亚毫米射频频段的探测装置，所述探测装置包括传输层，所述传输层包括在所述探测装置的相对表面的最外层。还包括内部传输腔，所述内部传输腔延伸穿过所述传输层，用于在所述探测装置内部引导电磁辐射。还包括探测层，所述探测层设置在所述传输层之间，所述探测层包括横向传输线，用于与所述内部传输腔引导的所述电磁辐射相互作用。
Description
优先权
本申请是国际申请日为2018年05月22日，PCT申请号为PCT/FI2018/050385的PCT案的国家阶段申请，此PCT案要求申请日为2017年05月23日，申请号为FI20175463的芬兰发明专利优先权。
技术领域
本发明涉及一种探测装置。
背景技术
对于测试、维护以及保证设备或系统符合规定，测量并控制射频频段中电磁辐射的功率及其它性能至关重要，所述电磁辐射可以在波导中传播。其中，所述射频频段指的是毫米波长或亚毫米波长，不包括等于或短于光辐射波长的波长。
现有仪表是终端设备，这意味着必须重新组装系统才能测量功率。因此，可以通过以下方式使用所述仪表进行测量：在射频信号系统的原始传播路径(例如，在波导中)中打开一个接头，并将探头连接到接头，这样可以切断仪器的正常运行。测量之后，可以移开探头，并恢复射频系统的正常运行。
所述探测的功率传感器可以基于具有低势垒肖特基二极管的零偏置检测器(ZBD)。所述仪表是一个终端设备，庞大且昂贵。因此，测量方式需要改进。
发明内容
本发明目的在于改进对电磁辐射的毫米或亚毫米波长的测量方法。根据本发明的一个方面，提供了一种根据独立权利要求指定的探测装置。
本发明具有以下优点，所述探测装置可以制成小尺寸。所述探测装置在连接时使系统可以正常运行，进而可以进行实时测量。所述探测装置成本也很低。
附图说明
下面仅通过举例的方式，参考附图描述本发明的示例实施例，其中
图1至图3是本发明所述探测装置的示例。
具体实施方式
以下实施例仅是示例。尽管说明书可能在多个位置引用“一个”实施例，但这并不一定意味着每个这样的引用都指相同的实施例，或者这个特征仅适用于单个实施例。不同实施例的单个特征也可以组合以提供其他实施例。此外，不应理解词语“包含”和“包括”为将所描述的实施例限制为仅由已经提到的那些特征组成，并且这些实施例还可以包含未具体提及的特征/结构。
应当注意，尽管附图示出了多个实施例，但是它们仅示出一些结构和/或功能实体的简化图。图中所示的连接关系可以指逻辑上的或物理上的连接。对于本领域技术人员来说显而易见的是，除附图和文字中所描述的功能和结构之外，所描述的装置还可以包括其它功能和结构。应当理解，一些用于测量和/或控制的功能，结构和发信的细节与本发明无关。因此，在此无需对其进行详细讨论。
如图1和图2所示为射频频段的探测装置100。所述射频频段在毫米或亚毫米的范围内。所述射频频段包括电磁辐射，所述电磁辐射具有比光辐射更低的频率并且能够在真空或空气中传播。因此，所述射频频段指的是毫米或亚毫米波长，不包括等于或短于光辐射波长的波长。
所述探测设备100包括层状结构102，所述层状结构包括第一传输层104和第二传输层106，以及在它们之间的至少一探测层108。例如，所述第一传输层104，所述第二传输层106和所述探测层108可以包括低温共烧陶瓷(LTCC)，印刷电路板(PCB)等。所述第一传输层104，所述第二传输层106，第一外层110，第二外层116和所述探测层108可以胶合或焊接在一起。可以将所述第一外层110和所述第二外层116称为最外层，它们位于所述探测设备100相对的表面上。
可替代或附加地，例如，所述第一传输层104，所述第二传输层106，所述探测层108，所述第一外层110和所述第二外层116可以通过至少一个螺钉或铆钉彼此附接。任何所述第一传输层104，所述第二传输层106，所述探测层108，所述第一外层110和所述第二外层116都可以是具有恒定厚度的板状结构。在一个实施例中，所述第一传输层104，所述第二传输层106，所述探测层108，所述第一外层110和所述第二外层116可以具有相同的厚度。在一个实施例中，所述第一传输层104和所述第二传输层106可以具有与所述探测层108不同的厚度。
所述第一传输层104的所述第一外层110，可与第一外波导112连接，所述第一外波导112用于接收来自外部射频源的电磁辐射(参见箭头线指示，所述外部射频源未在图中示出)。
内部传输腔114延伸穿过所述第一传输层104和所述第二传输层106，所述内部传输腔114引导所述探测设备100内的电磁辐射。所述内部传输腔114可以引导来自所述第一外波导112的电磁辐射穿过所述层状结构102。所述内部传输腔114可以在外波导中的所述第一外波导112和第二外波导132之间引导电磁辐射。所述内部传输腔114具有导电壁150，所述导电壁150包括在所述第一传输层104内的部分和在所述第二传输层106内的部分。所述内部传输腔114中的第一传输在横向传输线118上方从所述第一外部波导112将所述电磁辐射传导到所述探测层108。例如，所述导电壁150可以由金属制成。
所述第一传输层104内的所述导电壁150和所述第二传输层106内的所述导电壁150彼此附接，彼此相对，而且彼此电接触，从而具有材料上连续的传输腔。所述导电壁150穿过所述第一传输层104和所述第二传输层106。所述内部传输腔114具有直管状结构，所述内部传输腔的中心线与所述第一传输层104，所述第二传输层106，所述探测层108，所述第一外层110和所述第二外层116的法线平行。所述内部传输腔114的横截面可以是任意形状。例如横截面可以是圆形，椭圆形，多边形，矩形或正方形。所述内部传输腔114的功能类似于波导，并且可以认为是短波导。所述层状结构102内的电磁辐射由所述内部传输腔114引导。
一探测层108设置在所述第一传输层104和所述第二传输层106之间。换句话说，所述探测层108位于所述第一传输层104的第一外层110和所述第二传输层106的第二外层116之间。所述探测层108具有横向传输线118，所述横向传输线118用于与所述层状结构102内的电磁辐射相互作用。例如所述横向传输线118可以包括带状线。所述横向传输线118是横向的，意味着所述横向传输线118的纵轴与所述第一过渡层104，所述第二过渡层106，所述探测层108，所述第一外层110和所述第二外层116的纵轴平行。因此，所述横向传输线118的纵轴与所述内部传输腔114的中轴线垂直。
如图1所示的实施例中，所述探测层108的所述横向传输线118可以允许至少一部分电磁辐射的输出，所述电磁辐射来自于所述层状结构102中的所述内部传输腔114。传送到横向传输线118的部分电磁辐射或电磁辐射样本是已知的或预先定义的，使得所述部分电磁辐射或所述电磁辐射样本以已知和确定的方式代表所述层状结构102内的电磁辐射。
如图1所示的实施例中，所述横向传输线118与整流组件120连接，所述整流组件120将由所述横向传输线118接收的至少一部分电磁辐射整流为直流(DC)信号。在一实施例中，所述整流组件120在所述层状结构102的内部，并且所述整流组件120具有用于外部连接的导体122，所述导体122延伸出所述层状结构102。所述外部连接可以指与仪表200的连接(见图2)。在一实施例中，所述整流组件120在所述探测层108内部，并且所述导体122至少是部分在所述探测层108内部。在一实施例中，所述导体122可以印刷在探测层108上，所述第一传输层104和所述第二传输层106可以在导体122的纵向方向上具有不同的横向长度，以使所述层状结构102的一部分保持敞开(形成空腔)，以提供用于外部连接的空间。在一实施例中，所述导体122可以部分在所述探测层108的外部。
在图2所示的实施例中，所述导体122可以完全在所述层状结构102的外部并且直接与所述横向传输线118连接。在图2所示的实施例中，所述整流组件120可以与所述仪表200相关联(图2未示出所述整流组件120，包括在所述仪表200中)。在一实施例中，所述整流组件120可以包括二极管。在一实施例中，所述二极管可以是平面掺杂势垒二极管。在一实施例中，所述二极管可以是肖特基二极管。在一实施例中，所述二极管可以是低势垒肖特基二极管。
图2示出了一实施例的示例，其中所述探测设备包括所述仪表200，所述仪表200与所述横向传输线118直接或间接连接。所述仪表200可以是功率计，用于测量所述层状结构102内电磁辐射的功率。不管整流组件120是在所述层状结构102的内部还是外部，所述仪表200作为功率计均可通过所述导体122测量DC信号，所述DC信号由所述整流组件120整流。可替代或附加地，基于所述横向传输线118传送的样本信号，所述仪表200可测量所述电磁辐射的相位，偏振和/或频率。在一实施例中，所述功率计可以包括或用作包络线检波器。
在图1和2所示的实施例中，所述探测层108的所述横向传输线118可以将信号输入到所述层状结构102的所述内部传输腔114中，以引起其中电磁辐射的性质改变。所述性质可以是以下至少一个：偏振，相移和功率。图2示出了实施例的示例，其中通过外部的信号源202将信号输入到所述横向传输线118。
可以通过不同方式使用所述层状结构102。例如，至少有以下三种方式：
1.从波导中获取一小部分能量并用二极管进行测量，即功率计模式
2.从波导中获取一小部分能量，并将其用于某些应用中的信号处理，即信号处理模式
3.微型带状线可装有例如可调无源电路，并影响波导内的信号，即移相器模式。
在图1和图2所示的实施例中，所述第一外层110可以包括第一传输元件124，所述第一传输元件124与所述第一外波导112可操作地连接，用于将电磁辐射输送到所述内部传输腔114中。所述第一传输元件124可以是贴片，所述第一传输元件124的尺寸与耦合到所述第一传输元件124上的电磁辐射共振，所述电磁辐射来自所述第一波导112。所述第二外层116可以包括第二传输元件126，所述第二传输元件126与通过所述内部传输腔114引导的电磁辐射相互作用，以进一步传输来自所述内部传输腔114的所述电磁辐射。所述第二传输元件126也可以是贴片，所述第二传输元件126的尺寸与耦合到所述第二传输元件126上的电磁辐射共振，所述电磁辐射来自所述内部传输腔114中。由于所述内部传输腔114是直管状结构，所述内部传输腔114的中心线与所述第一传输层104，所述第二传输层106，所述探测层108，所述第一外层110和所述第二外层116的法线平行，所述第一传输元件124和所述第二传输元件126彼此面对面相对。最终，所述电磁辐射可以经由耦合孔134穿过所述层状结构102传播，所述层状结构102在谐振的所述第一传输元件124和所述第二传输元件126之间。所述第一传输元件124和所述第二传输元件126可以被认为是从动元件。所述第一传输元件124和所述第二传输元件126可以由导电材料制成。例如，所述第一传输元件124和所述第二传输元件126可以由金属制成。
在图1和2所示的实施例中，所述层状结构102包括与所述第一外层110相关联的第一连接器128以及与所述第二外层116相关联的第二连接器130。最外层的所述第一外层110可连接到所述第一外波导112，所述第二外层116可连接到所述第二外波导132。连接器中的第一连接器128可以与所述第一外波导112连接，以将电磁辐射从所述第一外波导112传输到所述内部传输腔114中。连接器中的所述第二连接器130可以与终端或所述第二外波导132连接，用于接收来自所述内部传输腔114的电磁辐射。实际上，所述第一连接器128可以具有所述第一外波导112中的波导法兰，所述第二连接器130可以具有所述第二外波导132中的波导法兰。可以将具有所述第一连接器128的所述第一外波导112称为外部输入波导，将具有所述第二连接器130的所述第二外波导132称为外部输出波导。
因此，所述内部传输腔114中的另一种传输将所述横向传输线118下方的电磁辐射从所述探测层108反射到所述终端或所诉第二外波导132。所述第一连接器128和所述第二连接器130可包括(波导的)法兰。所述终端可以充当电磁辐射的匹配终端。所述第二外波导132可以允许电磁辐射从所述内部传输腔114传播到期望的目标(参见图1和2中的虚线箭头)。
在另一实施例中，可以通过仅将所述第二外层116紧靠所述探测层108而将所述第二外波导132设置在所述层状结构102内。然后，在所述探测层108和所述第二外层116之间不需要所述耦合孔134。然后，所述输入信号可以通过所述横向传输线118进入某终端，例如匹配负载。
由于内部传输腔114是直管状结构，所述内部传输腔114的中心线与所述第一传输层104，所述第二传输层106，所述探测层108，所述第一外层110和所述第二外层116的法线平行，所以所述第一外波导112和所述第二外波导132可以彼此面对面相对。以类似的方式，所述第一外波导112和所述终端可以彼此面对面相对。
在图1和图2所示的实施例中，所述第二传输元件126与所述第二外波导132或所述终端可操作地连接，以将电磁辐射从所述内部传输腔114分别发送到所述第二外波导或所述终端。
在一实施例中，为传输电磁辐射，所述内部传输腔114可以在所述探测层108的两侧具有所述耦合孔134。所述耦合孔134用于所述传输和所述横向传输线118之间的阻抗匹配，以及用于控制所述传输和所述横向传输线之间的耦合量。
在一实施例中，可以通过耦合孔134的设计来调节所述横向传输线118和电磁辐射之间相互作用的程度，所述电磁辐射是所述探测层108中的电磁辐射。以这种方式，所述横向传输线118可以将一定百分比的电磁辐射作为样品，所述电磁辐射是所述探测层108中的电磁辐射。例如，该百分比可以是0.1％，1％，10％或15％。当将所述电磁辐射的1％传送到所述横向传输线118时，所述仪表200可以对其进行测量，并显示一个值，该值比测量功率高出约一百倍，所述测量功率在所述仪表200的屏幕上显示或在所述仪表200的用户界面204上以印刷形式显示，从而指示所述探测装置100内部的电磁辐射的功率。通常，所述横向传输线118中的信号与所述探测层108中的电磁辐射成确定性的比例。从所述横向传输线118检测到的信号值与所述探测层108中电磁辐射的测量特性值成比例。
在图1和图2所示的实施例中，所述内部传输腔114包括至少一个与所述第一传输层104和所述第二传输层106相关联的寄生传输元件136，用于增加电磁辐射的传输带宽，所述电磁辐射为穿过所述层状结构102的电磁辐射。所述至少一个寄生传输元件136可用于在所述层状结构102内产生多重共振。所述至少一个寄生传输元件136可类似于所述第一传输元件124和所述第二传输元件126。如果所述第一传输层104中存在一个寄生传输元件136，则所述寄生传输元件136可以设在所述第一外层110和所述探测层108之间的任意层中。如果所述第二传输层106中存在一个寄生传输元件136，则所述寄生传输元件136可以设在所述探测层108和所述第二外层116之间的任意层中。期望带宽越宽，则寄生传输元件可能越多。
在图1和图2所示的实施例中，所述探测层108可以设在具有耦合孔134的第一导电层138和第二导电层140之间。
在图1和图2所示的实施例中，所述导电壁150可以以电流方式与所述耦合孔134连接。
在图1和图2所示的实施例中，所述导电壁150可以以电流方式与所述第一导电层138以及所述第二导电层140连接。
图3从上方示出了所述层状结构102的示例，其中所述第一连接器128和所述第二连接器130的法兰与所述第一传输层104，第二传输层106以及所述探测层108相同或更大。在所述示例中，所述整流组件120在所述层状结构102的外部，但仍在所述第一连接器128和所述第二连接器130的法兰之间。此处未绘制所述层状结构102的边缘。基板延伸到与所述仪表200的连接。在所述示例中，螺孔和/或定位销穿过所述层状结构102，从而将所述层状结构的基板组装在输入波导和输出波导之间。然后可以将螺钉和销钉穿过所述层状结构102的基板安装。
可以将所述探测装置100和所述层状结构102应用于例如无线电系统的射频发射机和基站中。所述层状结构102可以接在功率放大器之后或连接在发射机中的天线端口处。所述探测装置100和所述层状结构102可以用于测试测量方式，以控制发射机符合功率规定。所述层状结构102可以集成在射频系统中，以允许以连续模式进行功率测量。自然地，也可以以离散或不连续的方式测量功率。通常，可以将所述层状结构102集成在射频系统中，以允许以连续模式与电磁辐射相互作用。自然地，也可以以离散或非连续的方式执行相互作用。
对于本领域技术人员而言显而易见的是，随着技术的进步，可以以各种方式来实现本发明的构思。本发明及其实施例不限于上述示例实施例，而是可以在权利要求的范围内变化。
Claims (10)
1.一种毫米或亚毫米射频频段的探测装置，所述探测装置具有层状结构，其特征在于，所述探测装置还包括：
传输层，所述传输层包括最外层，所述最外层在所述探测装置相对的表面，至少一个所述最外层与外波导相连，所述传输层包括导电层；
内部传输腔，所述内部传输腔延伸穿过所述传输层和穿过所述导电层的耦合孔，所述内部传输腔用于在所述探测装置内部引导电磁辐射；
探测层，所述探测层设置在所述传输层的所述导电层之间，所述探测层具有横向传输线，所述横向传输线用于与所述内部传输腔引导的所述电磁辐射相互作用；以及
所述横向传输线与整流组件相连，所述整流组件用于将所述电磁辐射的至少一部分整流为直流信号，所述电磁辐射由所述横向传输线接收，所述整流组件在所述层状结构内部。
2.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述探测层的所述横向传输线用于从所述内部传输腔输出至少一部分所述电磁辐射，和/或向所述内部传输腔输入信号以引发所述电磁辐射属性的改变。
3.根据权利要求2所述的探测装置，其特征在于，所述探测装置包括仪表，所述仪表与所述横向传输线相连，用于测量所述电磁辐射的功率。
4.根据权利要求3所述的探测装置，其特征在于，所述仪表用于测量所述直流信号。
5.根据权利要求1-4任一所述的探测装置，其特征在于，所述最外层的第一外层包括第一传输元件，所述第一传输元件在操作上与外波导的第一外波导相连，用于将所述电磁辐射传输到所述内部传输腔中，所述最外层的第二外层包括第二传输元件，所述第二传输元件用于与穿过所述内部传输腔的所述电磁辐射相互作用，以将所述电磁辐射从所述内部传输腔进一步传输。
6.根据权利要求5所述的探测装置，其特征在于，所述层状结构包括与所述最外层中所述第一外层和所述第二外层相关联的连接器，所述连接器中的第一连接器与所述外波导中的所述第一外波导相连，以将所述电磁辐射从所述第一外波导传输到所述内部传输腔中，所述连接器中的第二连接器与终端或与所述外波导中的第二外波导相连，以从所述内部传输腔接收所述电磁辐射。
7.根据权利要求6所述的探测装置，其特征在于，所述第二传输元件在操作上与所述第二外波导或与所述终端相连，以将所述电磁辐射分别发送给所述第二外波导或所述终端。
8.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，对于所述电磁辐射，所述内部传输腔在所述探测层的两侧各有一所述耦合孔。
9.根据权利要求8所述的探测装置，其特征在于，通过调整所述耦合孔的设计，调节所述横向传输线与所述电磁辐射之间的相互作用程度，所述电磁辐射是所述探测层中的电磁辐射。
10.根据权利要求1所述的探测装置，其特征在于，所述内部传输腔包括至少两个寄生传输元件，所述寄生传输元件与所述传输层相关联，以用于提高所述电磁辐射的传输带宽，所述电磁辐射为穿过所述层状结构的电磁辐射。
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