[發(fā)明專利]一種太赫茲準(zhǔn)光功率合成與放大裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510060840.1
• 申請日: 2015-02-05
• 公開（公告）號: CN104701634B
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王旭東;呂昕;司黎明;于偉華;倪鴻賓;王志明;張慶樂;羅曉斌;郭大路
• 申請（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號: H01Q19/06
• 分類號: H01Q19/06;H01Q13/02;H01Q21/00;H03F3/20
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種太赫茲準(zhǔn)光功率合成與放大裝置，具體來講，是一種適用于太赫茲頻段的高效率空間功率合成與放大技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，太赫茲頻段的系統(tǒng)由于其傳輸信號容量大、結(jié)構(gòu)緊湊以及具有更高的分辨率等特點越來越多的應(yīng)用在微波遙感、醫(yī)學(xué)成像、雷達、空間通信等領(lǐng)域。然而太赫茲技術(shù)的發(fā)展還面臨諸多困難。其一，隨著頻率不斷升高，在太赫茲頻段，各種傳輸線如波導(dǎo)、微帶等都存在尺寸變小、損耗增大、承受功率減小、加工難度大和成本高等缺點。其二，太赫茲電磁波的光學(xué)特性逐漸顯現(xiàn)，傳統(tǒng)全波電磁場研究方法出現(xiàn)局限性，需要借助準(zhǔn)光理論完善。因此在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)及加工制造技術(shù)不能滿足需要的情況下，尋求一種結(jié)構(gòu)簡單、低成本、設(shè)計和加工簡單的太赫茲準(zhǔn)光功率合成與放大裝置尤為重要。

隨著電磁波應(yīng)用的頻段逐漸升高，電磁波的光學(xué)特性逐漸顯現(xiàn)，傳統(tǒng)電磁場研究方法暴露出局限性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對當(dāng)前太赫茲頻段輻射功率低的問題，提供一種太赫茲準(zhǔn)光功率合成與放大裝置，該裝置包括微波喇叭發(fā)射天線、介質(zhì)透鏡A、N級微波放大陣列芯片、太赫茲倍頻陣列芯片、介質(zhì)透鏡B和太赫茲喇叭接收天線。

微波喇叭發(fā)射天線饋入的微波球面波信號經(jīng)介質(zhì)透鏡A在空間聚焦，變換為平面波信號并傳輸?shù)絅級微波放大陣列芯片。微波信號在空間由N級微波放大陣列芯片逐級放大并由太赫茲倍頻陣列芯片將放大后的微波信號倍頻至太赫茲頻段輸出。輸出的太赫茲信號經(jīng)介質(zhì)透鏡B在空間二次聚焦，空間傳輸?shù)奶掌澠矫娌ㄒ愿咚共ㄊ男问絺鞑ィ瑢崿F(xiàn)空間功率合成，最終由太赫茲喇叭接收天線接收信號。

為實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明的一種太赫茲準(zhǔn)光功率合成與放大裝置，包括微波喇叭發(fā)射天線、介質(zhì)透鏡A、N級微波放大陣列芯片、太赫茲倍頻陣列芯片、介質(zhì)透鏡B和太赫茲喇叭接收天線；N為自然數(shù)；N級微波放大陣列芯片包括第一級微波放大陣列芯片、第二級微波放大陣列芯片、……、第N級微波放大陣列芯片；

所述的微波喇叭發(fā)射天線輻射微波球面波信號傳輸至介質(zhì)透鏡A；

所述的介質(zhì)透鏡A將饋入的的微波球面波信號轉(zhuǎn)換為平面波信號；

所述的第一級微波放大陣列芯片由m×n個子單元組成，每個子單元集成了微波接收天線、微波耦合微帶線、微波放大電路和微波輻射縫隙；其中，微波接收天線被用于接收前級饋入的信號，微波放大電路被用于將信號放大。芯片正面的微波耦合微帶線將微波放大電路放大的信號耦合至芯片背面的微波輻射縫隙輸出。

所述的第二級以后的微波放大陣列芯片由m×n個子單元組成，每個子單元集成了微波耦合微帶線、微波放大電路和微波輻射縫隙；其中一段微波耦合微帶線被用于耦合前級微波輻射縫隙輸出的信號，微波放大電路被用于將信號放大。另一段微波耦合微帶線將微波放大電路放大的信號耦合至芯片背面的微波輻射縫隙輸出。該微波放大陣列芯片N級級聯(lián)工作，每個芯片等間距放置，微波信號在空間傳輸并通過N級級聯(lián)的陣列芯片逐級放大，這樣既保證了有效的鏈路增益，又保證了輸出功率。m為自然數(shù)，n為自然數(shù)；

該太赫茲倍頻陣列芯片置于N級微波放大陣列芯片級聯(lián)結(jié)構(gòu)之后，由p×q個子單元組成，每個子單元集成了微波耦合微帶線、太赫茲倍頻器、太赫茲一分M等功分器和太赫茲輻射縫隙。其中，微波耦合微帶線被用于耦合前級微波輻射縫隙輸出的信號，太赫茲倍頻器被用于將微波信號倍頻至太赫茲信號，太赫茲一分M等功分器將倍頻器輸出的太赫茲信號等分成M路相參信號，M路太赫茲等幅相參信號經(jīng)過太赫茲一分M等功分器中的太赫茲耦合微帶線將太赫茲信號耦合至芯片背面的太赫茲輻射縫隙輸出。p為自然數(shù)，q為自然數(shù)；

所述的介質(zhì)透鏡B將太赫茲平面波信號聚焦為高斯波束形式的太赫茲信號；

所述的太赫茲喇叭接收天線用于接收太赫茲信號；

本發(fā)明解決了太赫茲頻段輻射功率低的問題。

該微波喇叭發(fā)射天線輻射微波球面波信號傳輸至介質(zhì)透鏡A；

該介質(zhì)透鏡A將微波喇叭發(fā)射天線饋入的的微波球面波信號轉(zhuǎn)換為平面波信號輸出；

該N級微波放大陣列芯片包括該第一級微波放大陣列芯片、第二級微波放大陣列芯片、第三級微波放大陣列芯片、……、第N級微波放大陣列芯片；

其中，第一級微波放大陣列芯片由m×n個子單元組成，每個子單元在介質(zhì)基片上集成了微波接收天線、微波耦合微帶線、微波放大電路和微波輻射縫隙；在介質(zhì)基片的正面有微波接收天線、微波放大電路和微波耦合微帶線；在介質(zhì)基片的背面有微波輻射縫隙，微波輻射縫隙與微波耦合微帶線成十字正交關(guān)系；