[發(fā)明專利]單接收機(jī)太赫茲矢量場(chǎng)形測(cè)量裝置及其測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410114485.7
• 申請(qǐng)日: 2014-03-26
• 公開（公告）號(hào): CN103884922B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 婁錚;胡潔;周康敏;林鎮(zhèn)輝;姚騎均;史生才
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院紫金山天文臺(tái)
• 主分類號(hào): G01R29/08
• 分類號(hào): G01R29/08
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司32252
• 代理人: 戴朝榮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太赫茲測(cè)量的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及測(cè)量太赫茲頻段（含毫米波、亞毫米波波段）矢量場(chǎng)形的裝置及方法，具體的說，是一種單接收機(jī)太赫茲矢量場(chǎng)形測(cè)量裝置及其測(cè)量方法。

背景技術(shù)

矢量場(chǎng)形測(cè)量是指同時(shí)測(cè)量電磁場(chǎng)的幅度和相位分布。通過某一固定平面上的二維矢量場(chǎng)形測(cè)量，可以推導(dǎo)待測(cè)輻射源在全空間范圍內(nèi)的三維場(chǎng)分布及其傳播特性，因此這種測(cè)量方法在反射面天線、饋源喇叭、微波毫米波成像系統(tǒng)以及準(zhǔn)光學(xué)系統(tǒng)等領(lǐng)域里是重要的測(cè)量手段。為了獲取待測(cè)場(chǎng)的相位分布，需要為測(cè)量信號(hào)提供一路相位參考信號(hào)，該信號(hào)不隨空間掃描位置的變化而變化，而僅僅用來表征發(fā)射機(jī)和接收機(jī)中振蕩器產(chǎn)生的隨機(jī)相位波動(dòng)。在測(cè)量信號(hào)的相位中扣除這部分隨機(jī)相位波動(dòng)，即可得到待測(cè)場(chǎng)真實(shí)的相位分布信息。在傳統(tǒng)的微波和毫米波矢量場(chǎng)形測(cè)量系統(tǒng)中，測(cè)量信號(hào)和參考信號(hào)分別由兩臺(tái)接收機(jī)提供（如圖1所示），其中一臺(tái)接收機(jī)接收來自測(cè)量場(chǎng)的信號(hào)，而另一臺(tái)接收機(jī)通過定向耦合器直接與發(fā)射機(jī)相連。兩臺(tái)接收機(jī)共用同一本振源，實(shí)現(xiàn)相位相關(guān)。在頻率更高的亞毫米波和太赫茲頻段，原理上仍可采用上述系統(tǒng)構(gòu)成，但在這些頻段，發(fā)射機(jī)的輸出功率一般較低，接收機(jī)的成本較高，且噪聲溫度相對(duì)低頻段而言大幅升高，常常不能滿足矢量場(chǎng)形測(cè)量所需的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍要求。采用高靈敏度超導(dǎo)接收機(jī)可以獲得比半導(dǎo)體接收機(jī)低一個(gè)量級(jí)以上的噪聲溫度，實(shí)現(xiàn)高精度的場(chǎng)形測(cè)量，但其缺點(diǎn)是體積和功耗較大，成本昂貴。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述技術(shù)現(xiàn)狀，而提供一種只使用一臺(tái)接收機(jī)即可完成太赫茲矢量場(chǎng)形測(cè)量且相位測(cè)量精度與雙接收機(jī)方案相當(dāng)、構(gòu)建成本低廉、系統(tǒng)配置更加靈活的單接收機(jī)太赫茲矢量場(chǎng)形測(cè)量裝置及其測(cè)量方法。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：

單接收機(jī)太赫茲矢量場(chǎng)形測(cè)量裝置，包括發(fā)射頻綜、本振頻綜、測(cè)試通道和參考通道，在測(cè)試通道中，發(fā)射頻綜通過定向耦合器依次連接有倍頻放大模塊、待測(cè)輻射源以及能接收射頻信號(hào)并混頻的接收機(jī)；在參考通道中，發(fā)射頻綜及本振頻綜均通過定向耦合器另一輸出端口與微波混頻器連接。接收機(jī)及微波混頻器的中頻輸出端口均與采集卡連接。

為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的具體措施還包括：

上述的采集卡為雙通道A/D采集卡。

上述的定向耦合器包括有第一定向耦合器和第二定向耦合器，發(fā)射頻綜與第一定向耦合器連接，本振頻綜與第二定向耦合器連接，第一定向耦合器和第二定向耦合器均包括有兩個(gè)輸出端口，且這兩個(gè)端口分別連通測(cè)試通道以及參考通道。

上述的發(fā)射頻綜、本振頻綜和采集卡之間通過10MHz參考信號(hào)線相互連接。

上述的通過單接收機(jī)太赫茲矢量場(chǎng)形測(cè)量裝置測(cè)量太赫茲矢量場(chǎng)形的方法，包括以下步驟：

步驟一、發(fā)射頻綜和本振頻綜分別與一個(gè)定向耦合器相連，定向耦合器的兩個(gè)輸出通道分別作為測(cè)試和參考通道，發(fā)射頻綜發(fā)出的微波信號(hào)頻率記為???????????????????????????????????????????????，本振頻綜發(fā)出的微波信號(hào)頻率記為；

步驟二、在測(cè)量通道中，發(fā)射頻綜輸出的微波信號(hào)經(jīng)倍頻放大后，生成太赫茲射頻信號(hào)，經(jīng)接收機(jī)接收并混頻后，生成測(cè)試中頻信號(hào)，其頻率為=m(-)，其中m為測(cè)試通道的總倍頻次數(shù)；

步驟三、在參考通道中，發(fā)射頻綜和本振頻綜輸出的信號(hào)送入微波混頻器中，生成參考中頻信號(hào)，其頻率為=-；

步驟四、將測(cè)試中頻信號(hào)和參考中頻信號(hào)送入采集卡中，所述的采集卡對(duì)二者進(jìn)行A/D采樣，得到測(cè)試通道的時(shí)域數(shù)字信號(hào)x_T(t)以及參考通道的時(shí)域數(shù)字信號(hào)x_R(t)；

步驟五、對(duì)測(cè)試通道的時(shí)域數(shù)字信號(hào)及參考通道的時(shí)域數(shù)字信號(hào)進(jìn)行軟件數(shù)字信號(hào)處理，得到測(cè)試通道的幅度和相位。

上述的步驟五中對(duì)測(cè)試通道的時(shí)域數(shù)字信號(hào)及參考通道的時(shí)域數(shù)字信號(hào)進(jìn)行軟件數(shù)字信號(hào)處理的流程為：

1）分別對(duì)x_T(t)和x_R(t)進(jìn)行傅里葉變換，得到測(cè)試中頻的頻譜X_T(f)和參考中頻的頻譜X_R(f)；

2）從測(cè)試中頻頻譜中提取測(cè)試信號(hào)的幅度和相位；