[發明專利]基于相位同步用功率合成提高太赫茲波功率的方法和系統

有效

• 申請號: 201310278171.6
• 申請日: 2013-07-02
• 公開（公告）號: CN103391096A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 趙家奇;朱忠博;冉立新
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H03L7/085
• 分類號: H03L7/085
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及一種太赫茲波的方法和系統，尤其是涉及一種相位同步用功率合成提高太赫茲波功率的方法和系統。

背景技術

太赫茲(THz)波是指頻率在0.1-10THz范圍內的電磁波，位于太赫茲波兩側的微波毫米波和紅外輻射發展很成熟，并已有廣泛的應用。在電磁波頻譜中太赫茲占有很特殊的位置。太赫茲波不僅是宏觀經典理論向微觀量子理論的過渡區，也是電子學向光子學的過渡區，被稱為電磁波譜的“太赫茲空隙(THz?gap)”。太赫茲科學技術是近20多年來新興的技術，盡管人類在THz的研究和認識方面已經取得了很大的進展，THz技術不但在基礎科學中有重要的研究意義，還能廣泛被應用到安全檢查、醫療診斷以及化學合成當中。然而長期以來太赫茲波源的問題卻一直未得到很好的解決，設計出高效率高功率的太赫茲輻射源在太赫茲領域當中有極高的地位。

在信號的功率合成中，兩個輸入功率信號存在相位差時，會對合成功率產生較大的影響。在最差的情況下，當兩個同振幅的功率信號相位差為180°時，最終的合成功率為0，所以相位同步在整個系統中是非常重要的。

發明內容

為了克服背景技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種基于相位同步用功率合成提高太赫茲波功率的方法和系統。

本發明采用的技術方案是：

一、一種基于相位同步用功率合成提高太赫茲波功率的方法：

計算機通過USB端口對接數字控制回路，對四個鎖相環頻率合成電路進行調制，達到對頻率的精確控制以及對輸出相位的修正，鎖相環合成的頻率信號經過倍頻濾波形成相位穩定的激勵信號，再通過雪崩管高次倍頻達到太赫茲波段，經過修正激勵信號相位達到四路高次倍頻后的太赫茲波的相位同步，提高最后功率合成的效率，從而提高輸出的太赫茲波的功率。

二、一種基于相位同步用功率合成提高太赫茲波功率的系統：

本發明包括數字控制電路，四個相同的單路模塊和功率合成模塊；數字控制電路的一端通過USB端口與計算機連接，數字控制電路的另一端分別經四個相同的單路模塊后，分別與功率合成模塊連接。

所述的四個相同的單路模塊均包括：鎖相環頻率合成電路、倍頻濾波電路、功率放大回路和渡越時間雪崩二極管的高次連續倍頻結構；數字控制電路輸出信號分別經每路鎖相環頻率合成電路、每路倍頻濾波電路、每路功率放大回路和每路雪崩管高次倍頻結構后，最后通過功率合成模塊連接。

所述的數字控制電路包括串并轉換芯片FT232RL、單片機Atmega88、復雜邏輯可編程器件XC95144和晶振TCXO；計算機輸出的控制信號依次通過USB端口、FT232RL、Atmega88輸出到XC95144的輸入口，TCXO的頻率信號直接輸出給XC95144，最后由XC95144輸出控制信號給4個單路模塊的鎖相環頻率合成電路。

所述的鎖相環頻率合成電路是圍繞鎖相環芯片ADF4350搭建的電路，數字控制電路輸入參考頻率信號和控制信號到ADF4350相應的端口，芯片輸出頻率信號到倍頻濾波電路。

所述的倍頻濾波電路，鎖相環頻率合成電路產生的信號依次通過芯片LFCN-3800+、ADL5602、KSX2-14+、HFCN-7150+、LFCN-8400+輸出信號到功率放大回路。

所述的功率放大回路，倍頻濾波電路產生的信號依次通過圍繞兩塊串聯的HMC407MS8G芯片和FMM5057芯片搭建的電路，最后輸出到雪崩管高次倍頻結構。

雪崩管高次倍頻結構，功率放大回路輸出的信號以及外部電壓電流偏置通過同軸線饋到渡越時間雪崩二極管，雪崩二極管輸出的太赫茲信號通過波導腔耦合到功率合成模塊。

本發明具有的有益效果是：

本發明和傳統的雪崩管高次倍頻太赫茲合路技術相比，在于通過數字控制電路對鎖相環頻率合成電路輸出信號的實現相位控制，通過對4路激勵信號的修正，雪崩管高次倍頻結構輸出的4路太赫茲信號在相位上達到同步，這能提高功率合成的效率，從而達到獲得高功率太赫茲波的目的。

附圖說明

圖1是整個系統的原理框圖。

圖2是鎖相環頻率合成電路原理圖。

圖3是數字控制電路總原理圖。

圖4是MCU程序流程圖。

圖5是倍頻濾波電路原理圖。

圖6是功率放大電路原理圖。

圖7是單路雪崩管高次倍頻結構簡圖。

圖8是功率合成模塊簡圖。