CN111220282A - 一种基于波导谐振腔的太赫兹频率测量结构及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于波导谐振腔的太赫兹频率测量结构及其方法，包括输入模块和输出模块；输入模块的输入端与第一标准法兰连接；输出模块的输出端与第二标准法兰连接；输入模块通过第一标准法兰与待测信号相连，第二标准法兰与功率探测器连接；输出模块嵌入输入模块内，输入模块和输出模块中间的嵌入部分形成圆柱谐振腔；圆柱谐振腔长度为5～15mm，其内径为1.62mm。本发明所用的频率测量方法无复杂电路结构，结构简单，连接方便，以很低的制作成本突破传统频率计测量频率的上限，测量频率高达太赫兹波段。
Description
技术领域
本发明属于太赫兹频率测量的技术领域，具体涉及一种基于波导谐振腔的太赫兹频率测量结构及其方法。
背景技术
测量频率的方法有很多，按照其工作原理分为无源测频法、比较法、示波器法和计数法等。现目前计数法是其中最常用的方法。该方法直接计数单位时间内被测信号的脉冲数，然后以数字形式显示频率值。除此之外，利用混频法测量频率也应用较多。该方法将被测信号与本振信号混频，通过滤波器和检波器最终确定被测信号的频率。这些方法虽然准确、快速，但其电路结构、测试结构极其复杂，并且在测量高频率的时候，倍频电路成本很高，极易损坏，且测量频率上限较低。最好的欧美频率计厂家Pendulum Instruments公司也只做出了最多高达60GHz的频率计。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种基于波导谐振腔的太赫兹频率测量结构及其方法，以解决现有测量方式结构复杂，易损坏，测量频率上限低，成本高昂的问题。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种基于波导谐振腔的太赫兹频率测量结构及其方法，其包括输入模块和输出模块；输入模块的输入端与第一标准法兰连接；输出模块的输出端与第二标准法兰连接；输入模块通过第一标准法兰与待测信号相连，第二标准法兰与功率探测器连接；
输出模块嵌入输入模块内，输入模块和输出模块中间的嵌入部分形成圆柱谐振腔；圆柱谐振腔长度为5～15mm，其内径为1.62mm。
优选地，输入模块和输出模块均为3mm标准矩形波导。
优选地，输入模块和输出模块均固定于面包板上，且输出模块通过面包板可活动地固定于精密位移平台上。
优选地，精密位移平台内加设挡板。
一种基于波导谐振腔的太赫兹频率测量结构的测量方法，包括：
S1、待测信号通过第一标准法兰进入输入模块，并经过圆柱谐振腔，从输出模块通过第二标准法兰输到功率探测器；
S2、调整圆柱谐振腔的长度，依次从5mm增加变化到15mm，获得输出信号功率随谐振腔长度周期性变化；
S3、将精密位移平台采集的圆柱谐振腔位移量和功率探测器采集输出信号的功率变化输送至电脑，得到功率随谐振腔长度周期变化的曲线图，并根据曲线图得到信号的频率值。
本发明提供的基于波导谐振腔的太赫兹频率测量结构及其方法，具有以下有益效果：
本发明通过精密位移平台实现圆柱谐振腔长度的改变，随着圆柱谐振腔长度的改变，功率探测器测得的功率随圆柱谐振腔长度周期性变化，功率的周期性变化与待测信号的频率相关，一个频率对应一个周期值，即在得到功率变化的周期之后，可确定待测信号的频率，以此达到测量待测信号频率的目的。
附图说明
图1为基于波导谐振腔的太赫兹频率测量结构的纵剖图。
图2为基于波导谐振腔的太赫兹频率测量结构示意图。
图3为基于波导谐振腔的太赫兹频率测量结构输出信号功率随谐振腔长度变化曲线图。
其中，1、第一标准法兰；2、输入模块；3、输出模块；4、第二标准法兰；5、圆柱谐振腔；6、精密位移平台；7、挡板；8、面包板。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
根据本申请的一个实施例，参考图1和图2，本方案的基于波导谐振腔的太赫兹频率测量结构，包括输入模块2和输出模块3，输入模块2和输出模块3均是3mm标准矩形波导。
输入模块2的输入端与第一标准法兰1连接，输出模块3的输出端与第二标准法兰4连接，输入模块2通过第一标准法兰1与待测信号相连，第二标准法兰4与功率探测器连接。
输出模块3嵌入输入模块2内，输入模块2和输出模块3中间的嵌入部分形成圆柱谐振腔5；圆柱谐振腔5长度为5～15mm，其内径为1.62mm。
输入模块2和输出模块3均固定于面包板8上，且输出模块3通过面包板8可活动地固定于精密位移平台6上，精密位移平台6内加设挡板7，可防止输入模块2与输出模块3断开连接，用于限制移动范围。
第一标准法兰1接待测信号与输入模块2相接，并且开3mm标准矩形波导的通孔(1.27mm*2.54mm)。功率探测器端的第二标准法兰4接功率探测器与输出模块3相接，同样开3mm标准矩形波导的通孔(1.27mm*2.54mm)。输入模块2与输出模块3相接形成中间的圆柱谐振腔5。
圆柱谐振腔5长度变化范围为5～15mm，内径为1.62mm，输入模块2固定于面包板8之上，输出模块3与精密位移平台6可活动相接，通过精密位移平台6的移动来控制输出模块3移动，从而改变圆柱谐振腔5的长度。
本实施例的工作原理为：
在工作状态时，待测信号通过第一标准法兰1进入输入模块2，经过圆柱谐振腔5，从输出模块3通过标准法兰输到功率探测器。将圆柱谐振腔5的长度从5mm增加变化到15mm，所获得的输出信号其功率随谐振腔长度周期性变化。精密位移平台6采集位移量连接输到电脑里，同时，功率探测器采集输出信号的功率变化连接输到电脑里。
由此电脑即得出功率随谐振腔长度周期变化的图，由该图的周期值来确定待测信号的频率值。
经仿真验证，待测信号的频率f与输出信号功率变化的周期p有一个一一对应的关系。如：在背景为PEC情况下，加频率f＝75GHz，功率为1W的输入信号，所得输出信号其功率如图3所示，功率随谐振腔长度变化的周期p＝2.9mm。所以，若得到输出信号功率的变化周期为2.9mm之后，就可以确定待测信号的频率为75GHz，以此达到测量待测信号频率的目的。
根据本申请的一个实施例，
S1、待测信号通过第一标准法兰1进入输入模块2，并经过圆柱谐振腔5，从输出模块3通过第二标准法兰4输到功率探测器；
S2、调整圆柱谐振腔5的长度，依次从5mm增加变化到15mm，获得输出信号功率随谐振腔长度周期性变化；
S3、将精密位移平台6采集的圆柱谐振腔5位移量和功率探测器采集输出信号的功率变化输送至电脑，得到功率随谐振腔长度周期变化的曲线图，并根据曲线图得到信号的频率值。
本发明通过精密位移平台6实现圆柱谐振腔5长度的改变，随着圆柱谐振腔5长度的改变，功率探测器测得的功率随圆柱谐振腔5长度周期性变化，功率的周期性变化与待测信号的频率相关，一个频率对应一个周期值，即在得到功率变化的周期之后，可确定待测信号的频率，以此达到测量待测信号频率的目的。本发明所用的频率测量方法无复杂电路结构，结构简单，连接方便，以很低的制作成本突破传统频率计测量频率的上限，测量频率高达太赫兹波段。
虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于波导谐振腔的太赫兹频率测量结构，其特征在于：包括输入模块和输出模块；所述输入模块的输入端与第一标准法兰连接；所述输出模块的输出端与第二标准法兰连接；所述输入模块通过第一标准法兰与待测信号相连，第二标准法兰与功率探测器连接；
所述输出模块嵌入输入模块内，输入模块和输出模块中间的嵌入部分形成圆柱谐振腔；所述圆柱谐振腔长度为5～15mm，其内径为1.62mm。
2.根据权利要求1所述的基于波导谐振腔的太赫兹频率测量结构，其特征在于：所述输入模块和输出模块均为3mm标准矩形波导。
3.根据权利要求1所述的基于波导谐振腔的太赫兹频率测量结构，其特征在于：所述输入模块和输出模块均固定于面包板上，且输出模块通过面包板可活动地固定于精密位移平台上。
4.根据权利要求3所述的基于波导谐振腔的太赫兹频率测量结构，其特征在于：所述精密位移平台内加设挡板。
5.一种根据权利要求1-4任一所述的基于波导谐振腔的太赫兹频率测量结构的测量方法，其特征在于，包括：
S1、待测信号通过第一标准法兰进入输入模块，并经过圆柱谐振腔，从输出模块通过第二标准法兰输到功率探测器；
S2、调整圆柱谐振腔的长度，依次从5mm增加变化到15mm，获得输出信号功率随谐振腔长度周期性变化；
S3、将精密位移平台采集的圆柱谐振腔位移量和功率探测器采集输出信号的功率变化输送至电脑，得到功率随谐振腔长度周期变化的曲线图，并根据曲线图得到信号的频率值。
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