[发明专利]太赫兹相控阵列系统

说明书

技术领域

本发明总体涉及相控阵列，并且更具体地涉及“片上”太赫兹相控阵列系统。

背景技术

相控阵列系统已经变得普遍，其通常具有若干用途。对于相控阵列系统，最常见的用途是雷达系统（即，脉冲雷达和多普勒频移雷达）。事实上，相控阵列雷达已经替代了大多数前几代机械扫描雷达系统，因为：由于机械部件被电子器件替代，因此由于磨损造成失效的可能性较低；并且扫描速率高得多。

图1示出图示常规相控阵列系统100的基本功能的框图。系统100通常包括信号发生器102、移相器104-1到104-k、包括辐射器106-1到106-k的相控阵列110以及方向控制器108。在操作中，信号发生器102提供待发射的信号（即，用于脉冲雷达的脉冲）。基于期望的方向，方向控制器108向移相器104-1到104-k提供控制信号，该控制信号改变提供到相控阵列内的辐射器106-1到106-k中的每一个的信号相位。因为通过辐射器106-1至106-k发射的信号通常彼此异相，所以辐射信号的相长干涉和相消干涉沿期望方向形成波束。

然而，这些常规的系统已经被局限于常规射频（RF）频率范围。例如，用于常规雷达的频率范围在3MHz（用于HF频带雷达）和110GHz（用于W频带雷达）之间。使用这些相对较低频率范围的原因在于，过去小型半导体的相干辐射源在太赫兹频率范围（其通常在0.1THz和10THz之间）不可用。通常，在微波范围中的电子器件和振荡器随着频率增加耗尽功率增益，并且典型的宽带红外黑体源在此区域内开始失去可用功率。然而，由于太赫兹辐射的独特的特性，所以非常期望使用太赫兹辐射。即，太赫兹辐射具有较低频率辐射（即，微波）的特性（因为其可以电产生）以及较高频率辐射（即，可见光）的特性（因为其可以利用光学进行控制）。

当今，存在两种通用类型的太赫兹源：非相干源和相干源。非相干源通常是宽带非相干热源，其包括超短飞秒脉冲激光激励的光电导天线、非线性光电晶体或遭受非常差的转换效率（1W激光脉冲产生在nW-mW范围中的宽带能量）的非线性传输线。相干源通常是窄带连续波（CW）相干源，其包括二极管乘法微波振荡器、使用二氧化碳激光器抽运甲醇或氰酸的气体激光器、通过差分混合的光学下变换气体激光器以及半导体量子激发气体激光器。不过，这些相干源通常消耗大量功率，并且不是紧凑的，需要外来材料，和/或是昂贵的。

因此，需要一种紧凑的即集成到集成电路中的太赫兹辐射源。