[发明专利]太赫兹相控阵列系统的模拟基带电路

说明书

技术领域

本发明总体涉及相控阵列，并且特别涉及“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常见，其具有几种用途。相控阵列系统的最常见用途是雷达系统（例如脉冲雷达和多普勒频移雷达）。事实上，相控阵列雷达已经取代了大部分的前几代机械扫描雷达系统，因为机械组件被电子器件所代替使得磨损造成的失效的可能性更低，并且因为扫描速率要高得多。

图1是描述常规相控阵列系统100的基本功能的框图。系统100通常包含信号发生器102、移相器104-1至104-K、包含辐射器106-1至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提供将要发射的信号（例如脉冲雷达的脉冲）。基于期望的方向，方向控制器108将控制信号提供给移相器104-1至104-K，移相器104-1至104-K改变提供给相控阵列内的每个辐射器106-1至106-K的信号的相位。由于通过辐射器106-1至106-K发射的信号通常彼此异相，因此辐射信号的相长干涉和相消干涉在期望的方向上形成波束。

然而，这些常规系统受限于常规射频（RF）频率范围。例如，常规雷达的频率范围在3MHz（针对HF频段雷达）和110GHz（针对W频段雷达）之间。使用这些相对低频率范围的原因在于在太赫兹频率范围（其通常在0.1THz和10THz之间）中相干辐射的致密半导体源在历史上是不可用的。通常，随着频率的增加，微波范围内的电子器件和振荡器用尽了功率增益，并且典型的宽带红外黑体源在该范围内开始失去可用功率。然而，由于太赫兹辐射的独特属性，其用途得到高度期望。即，太赫兹辐射具有较低频率辐射（例如微波）和较高频率辐射（例如可见光）的属性，前者是因为太赫兹辐射可以以电学方式生成，后者是因为能够利用光学对其进行控制。

目前，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发光导天线、非线性电光晶体或非线性传输线，其受困于非常差的转换效率（1W激光脉冲产生在nW-mW范围内的宽带能量）。相干源通常是窄带连续波（CW）相干源，其包括二极管倍增微波振荡器、利用二氧化碳激光器泵浦甲醇或氰酸的气体激光器、不同混频的光学向下变频以及半导体量子激光发射。然而，这些相干源通常消耗大量功率、不是致密的、需要特殊材料和/或是昂贵的。

因此，存在对太赫兹辐射的致密源的需求，即将其集成到集成电路中。