[發明專利]一種實現短基線測量的太赫茲混頻器和接收機前端

在審

• 申請號: 201611246065.X
• 申請日: 2016-12-29
• 公開（公告）號: CN106603015A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 趙鑫;張德海;蔣長宏;孟進;栗曉鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家空間科學中心
• 主分類號: H03D7/16
• 分類號: H03D7/16;H04B1/06;H01Q13/02;H01Q1/22
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司11472
• 代理人: 王宇楊,陳琳琳

技術領域

本發明涉及太赫茲器件領域，特別涉及一種實現短基線測量的太赫茲混頻器和接收機前端。

背景技術

超外差接收機擁有非常高的靈敏度和頻譜精度，可以用于從0.1THz一直到2.5THz的太赫茲探測?；祛l器位于接收機的前端，在本振信號的驅動下，將高頻信號轉換為容易處理的中頻信號，主要形式有超導-絕緣-超導混頻器、熱電子輻射混頻器、肖特基二極管混頻器。與前兩種混頻器相比，肖特基二極管混頻器可以在室溫下工作，結構更加緊湊、性能更加可靠，因此成為星載毫米波輻射計的首選。

太赫茲混頻器設計的核心問題是如何實現射頻信號、本振信號、中頻信號對肖特基二極管的匹配。其中射頻信號、本振信號的頻率較高，對應的傳輸線都是波導結構。二極管焊接在石英基片上，對應的傳輸線是懸置微帶結構。于是，射頻、本振信號在到達二極管之前都會通過一個波導到懸置微帶的轉換。這個轉換部件是通過放置在中間溝道的石英基片和波導溝道垂直相交實現的，其中波導的短路面的位置影響高頻信號到二極管的匹配。

多單元干涉系統由多個相同的接收機單元組成，每個接收機單元由天線、混頻器、本振鏈路級聯組成。目標在自由空間中發射電磁波，該信號由天線接收，進入到波導結構成為射頻信號。射頻信號由混頻器接收并處理，降頻成為中頻信號。中頻信號由同軸接頭輸出到同軸電纜，由于該信號的采集和處理組件遠離前端，它們不會影響前端的布局。單元天線之間的距離定義為基線，當前端的尺寸較小或采取優化設計時，基線才可能較短。

同一目標發射信號時，不同單元天線由于位置不同，接收信號會有相位差異。干涉系統就是利用相位差異，獲得高分辨率波束和大范圍波束掃描的等效性能。干涉系統的基線越短，對應著天線波束掃描的角度范圍越大，也就是視場角度越大。太赫茲干涉系統中，基線受限于接收機前端的尺寸。雖然接收機前端的尺寸較小，但是電長度卻很大?；€是用電長度來衡量的，所以當前干涉系統的基線較長，并造成了系統的視場角度偏小。比如在頻率0.6THz時，波長是0.5mm，腔體被做成邊長2cm的方體模塊。此時，干涉系統的最短基線是2cm并且對應波長是40個波長，造成了視場角度只有1度。

接收機前端的尺寸難以做到更小，因為天線、混頻器、本振鏈路之間是通過法蘭盤連接的。法蘭盤的直徑是19.05mm，阻礙了天線的進一步靠近。造成無法實現短基線測量，而實現短基線測量對多單元干涉系統的指標提升是十分明顯的。

發明內容

本發明的目的在于克服現有太赫茲混頻器無法實現短基線測量這個缺陷，考慮將喇叭天線集成到腔體中，射頻波導在沿著腔體的安裝切面上拐彎，除去腔體表面的多余結構；從而提供一種結構簡單、性能可靠，實現短基線測量的太赫茲混頻器。

為了實現上述目的，本發明提供了一種實現短基線測量的太赫茲混頻器，所述太赫茲混頻器3由上半腔體5和下半腔體6合體而成，共同構成一個腔體；所述上半腔體5和下半腔體6的溝道是對稱的；所述上半腔體5包括喇叭天線2的上半部分、拐彎波導7的上半部分和輸出波導8的上半部分；所述下半腔體6包括喇叭天線2的下半部分、拐彎波導7的下半部分和輸出波導8的下半部分；所述喇叭天線2、拐彎波導7和輸出波導8依次相連，三者被集成到太赫茲混頻器3的腔體中。

上述技術方案中，所述喇叭天線2的上半部分的口面位于上半腔體5的兩個側面相交的邊緣，并且上半腔體5的一個側面進行多余物的切除，從而讓喇叭天線2的上半部分的口面中心靠近上半腔體5的棱角。

上述技術方案中，所述喇叭天線2的口面是邊長2mm的方形，拐彎波導7和輸出波導8的夾角是90度，兩者之間通過半徑為2.8mm的圓角連接。

此外，基于上述的太赫茲混頻器，本發明還提供了一種接收機前端，所述接收機前端1由太赫茲混頻器3與本振鏈路4級聯組成；當兩個接收機前端1進行兩單元干涉觀測時，太赫茲混頻器3內的喇叭天線2都面對同一方向，基線定義為兩個喇叭天線2之間的距離。

上述技術方案中，當兩個接收機前端1進行兩單元干涉觀測時，兩個喇叭天線2之間的最短距離最4mm，最短基線是5mm；干涉系統獲得了4度的視場角度。

本發明的優點在于：本發明的實現短基線測量的太赫茲混頻器，喇叭天線集成到腔體中，釋放了法蘭盤占用的空間；將射頻波導在沿著腔體的安裝切面上拐彎，并除去腔體表面的多余結構，使得接收機前端的結構緊湊，讓兩單元的天線能夠充分靠近。

附圖說明

圖1是本發明的太赫茲混頻器的上半腔體、下半腔體的側視圖；

圖2是本發明的太赫茲混頻器的下半腔體的正視圖；