CN112014897A - 一种小型化的太赫兹近场探测器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型化的太赫兹近场探测器，包括信号源、信号发射模块、信号接收模块、信号基带模块、发射天线和接收天线；所述信号源包括DAC和VCO，所述DAC的输入端接入外部数字信号，DAC的输出端与VCO连接，所述VCO的输出端分别与信号发射模块和信号接收模块连接；所述信号发射模块包括倍频发射链路和功率放大器；所述信号接收模块包括低噪声放大器、谐波混频接收链路和射频本振链路；所述信号处理模块包括低通滤波器、ADC和FPGA。本发明有效降低了设备的体积和技术实现难度，有利于批量化生产。
Description
技术领域
本发明涉及近场探测器，特别是涉及一种小型化的太赫兹近场探测器。
背景技术
太赫兹(THz)辐射是从0.1THz到10THz的电磁辐射，它介于红外和微波辐射之间，是光子学技术与电子学技术、宏观与微观的过渡区域。THz波段是一个非常具有科学价值但尚未开发利用的电磁辐射区域，其研究涉及物理学、光电子学及材料科学等，在成像、医学诊断、环境科学、信息、国家安全及基础物理研究领域有着广阔的应用前景和应用价值。
国内在太赫兹源产生以及探测器设计上多采用混合集成技术，主要是以Ⅲ/Ⅴ族半导体和波导封装技术为主导，其体积较大，难以实现小型化。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种小型化的太赫兹近场探测器，有效降低了设备的体积和技术实现难度，有利于批量化生产。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种小型化的太赫兹近场探测器，包括信号源、信号发射模块、信号接收模块、信号基带模块、发射天线和接收天线；
所述信号源包括DAC和VCO，所述DAC的输入端接入外部数字信号，DAC的输出端与VCO连接，所述VCO的输出端分别与信号发射模块和信号接收模块连接；
所述信号发射模块包括倍频发射链路和功率放大器，所述倍频发射链路的输入端与所述VCO的输出端连接，倍频发射链路的输出端与功率放大器连接，所述功率放大器的输出端与发射天线连接，由所述发射天线对外发送探测信号；
所述信号接收模块包括低噪声放大器、谐波混频接收链路和射频本振链路；所述低噪声放大器的输入端与接收天线连接，接收天线对回波信号进行接收后，传输给所述低噪声放大器进行放大，所述低噪声放大器的输出端与谐波混频接收链路的第一个输入端连接；所述射频本振链路的输入端与VCO的输出端连接，射频本振链路的输出端与谐波混频接收链路的第二个输入端连接，所述谐波混频接收链路的输出端与信号处理模块连接；
所述信号处理模块包括低通滤波器、ADC和FPGA，所述低通滤波器的输入端与谐波混频接收链路的输出端连接，低通滤波器对接收到的信号进行滤波处理后，经所述ADC传输给FPGA，由FPGA完成信号接收。
其中，所述倍频发射链路包括两个级联的二倍频器和一个三倍频器，倍频发射链路中，第一个二倍频器的输入端接收来自VCO的信号，第一个二倍频器的输出端依次经第二个二倍频器和所述三倍频器连接到功率放大器。所述谐波混频接收链路包括谐波混频器。
其中，所述射频本振链路包括二倍频器和三倍频器；射频本振电路中，二倍频器的输入端连接VCO的输出端，二倍频器的输出端通过三倍频器连接到谐波混频接收链路的第二个输入端。
本发明的有益效果是：本发明对VCO输出的信号采用直接倍频的方式获取所需的信号，并经功率放大器放大后对外发射，具有体积小、结构简单和易于集成的优势；并且采用谐波混频器进行混频，仅需本振频率的一半即可实现混频接收，降低了本振链路的成本高，减小了技术实现难度。
附图说明
图1为本发明的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，一种小型化的太赫兹近场探测器，包括信号源、信号发射模块、信号接收模块、信号基带模块、发射天线和接收天线；
所述信号源包括DAC和VCO，所述DAC的输入端接入外部数字信号，DAC的输出端与VCO连接，所述VCO的输出端分别与信号发射模块和信号接收模块连接；在本申请的实施例中，所述VCO接收来自DAC的信号后，产生18.3~18.5GHZ的信号；
所述信号发射模块包括倍频发射链路和功率放大器，所述倍频发射链路的输入端与所述VCO的输出端连接，倍频发射链路的输出端与功率放大器连接，所述功率放大器的输出端与发射天线连接，由所述发射天线对外发送探测信号；
在本申请的实施例中，所述倍频发射链路包括两个级联的二倍频器和一个三倍频器，倍频发射链路中，第一个二倍频器的输入端接收来自VCO的信号，第一个二倍频器的输出端依次经第二个二倍频器和所述三倍频器连接到功率放大器；在本申请的实施例中，通过两个级联的二倍频器和一个三倍频器的组合，可以将VCO输出的信号进行12倍频，得到219.6~222 GHZ的信号（太赫兹的信号），然后经功率放大后得到探测信号，由发射天线对外发射。
所述信号接收模块包括低噪声放大器、谐波混频接收链路和射频本振链路；所述低噪声放大器的输入端与接收天线连接，接收天线对回波信号进行接收后，传输给所述低噪声放大器进行放大，所述低噪声放大器的输出端与谐波混频接收链路的第一个输入端连接；所述射频本振链路的输入端与VCO的输出端连接，射频本振链路的输出端与谐波混频接收链路的第二个输入端连接，所述谐波混频接收链路的输出端与信号处理模块连接；
在本申请的实施例中，所述谐波混频接收链路包括谐波混频器，采用谐波混频器进行混频，仅需本振频率的一半即可实现混频接收，降低了本振链路的成本高，减小了技术实现难度；具体地，所述射频本振链路包括二倍频器和三倍频器；射频本振电路中，二倍频器的输入端连接VCO的输出端，二倍频器的输出端通过三倍频器连接到谐波混频接收链路的第二个输入端，由一个二倍频器和一个三倍频器，将VCO输出的信号进行倍频处理，得到109.8~111Ghz的信号；同时，接收天线接收到219.6~222 GHZ的回波信号，经低噪声放大后，与109.8~111Ghz的信号一起送入谐波混频器中，即可完成混频接收，得到的信号传输给信号数量模块。本申请的实施例中，所有的倍频器均采用二极管倍频器，优选为肖特基二极管倍频器。
所述信号处理模块包括低通滤波器、ADC和FPGA，所述低通滤波器的输入端与谐波混频接收链路的输出端连接，低通滤波器对接收到的信号进行滤波处理后，经所述ADC进行模数转换，然后传输给FPGA，由FPGA完成信号接收，即完成了探测过程；在本申请的实施例中，所述FPGA还分别与外部的上位机和配置数据库连接，所述配置数据库中预存有不同信号处理功能（成像、测距等）所对应的程序包，FPGA根据上位机的指令，加载或重载不同程序包，以实现相应的数据处理功能；在该实施例中，所述VCO的输出端还需要通过ADC与FPGA连接，以便于FPGA获取初始数据进行分析；该实施例中DAC接收到的外部数字信号也由上位机提供。
综上，本发明对VCO输出的信号采用直接倍频的方式获取所需的信号，并经功率放大器放大后对外发射，具有体积小、结构简单和易于集成的优势；并且采用谐波混频器进行混频，仅需本振频率的一半即可实现混频接收，降低了本振链路的成本高，减小了技术实现难度。
最后应当说明的是，以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种小型化的太赫兹近场探测器，其特征在于：包括信号源、信号发射模块、信号接收模块、信号基带模块、发射天线和接收天线；
所述信号源包括DAC和VCO，所述DAC的输入端接入外部数字信号，DAC的输出端与VCO连接，所述VCO的输出端分别与信号发射模块和信号接收模块连接；
所述信号发射模块包括倍频发射链路和功率放大器，所述倍频发射链路的输入端与所述VCO的输出端连接，倍频发射链路的输出端与功率放大器连接，所述功率放大器的输出端与发射天线连接，由所述发射天线对外发送探测信号；
所述信号接收模块包括低噪声放大器、谐波混频接收链路和射频本振链路；所述低噪声放大器的输入端与接收天线连接，接收天线对回波信号进行接收后，传输给所述低噪声放大器进行放大，所述低噪声放大器的输出端与谐波混频接收链路的第一个输入端连接；所述射频本振链路的输入端与VCO的输出端连接，射频本振链路的输出端与谐波混频接收链路的第二个输入端连接，所述谐波混频接收链路的输出端与信号处理模块连接；
所述信号处理模块包括低通滤波器、ADC和FPGA，所述低通滤波器的输入端与谐波混频接收链路的输出端连接，低通滤波器对接收到的信号进行滤波处理后，经所述ADC传输给FPGA，由FPGA完成信号接收。
2.根据权利要求1所述的一种小型化的太赫兹近场探测器，其特征在于：所述倍频发射链路包括两个级联的二倍频器和一个三倍频器，倍频发射链路中，第一个二倍频器的输入端接收来自VCO的信号，第一个二倍频器的输出端依次经第二个二倍频器和所述三倍频器连接到功率放大器。
3.根据权利要求1所述的一种小型化的太赫兹近场探测器，其特征在于：所述谐波混频接收链路包括谐波混频器。
4.根据权利要求1所述的一种小型化的太赫兹近场探测器，其特征在于：所述射频本振链路包括二倍频器和三倍频器；
射频本振电路中，二倍频器的输入端连接VCO的输出端，二倍频器的输出端通过三倍频器连接到谐波混频接收链路的第二个输入端。
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