[发明专利]一种太赫兹接收前端及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太赫兹接收前端及其实现方法，属于太赫兹技术领域。

背景技术

太赫兹(THz，1THz＝1012Hz)波段是指频率介于红外与毫米波之间的一段电磁波区域，人们称之为“THz空隙”。在应用方面，相对于其他波段的电磁波具有非常强的互补特征。与微波、毫米波相比，THz探测系统可以获得更高的分辨率，具有突出的抗干扰能力和独特的反隐身能力；与激光相比，THz系统具有视场范围宽、搜索能力好、适用于恶劣气象条件等优点。THz波所具有的优越特性使其具有非常重要的学术和应用价值(有的已处于实用阶段)，也使得世界各国都对THz科学技术研究和应用给予了极大的关注。

THz科学技术在国家安全和国防建设上有着极为重大的应用。近年来，THz技术及其应用发展迅速，作为THz波段重要部件的太赫兹接收前端得到了广泛而深入的研究，并取得了重要的进展，其频段从不到1THz提升到几THz，并应用于各个领域。如：目前以美国为首已发展出0.220、0.225、0.56、0.6和1.6THz的5种工作频率的THz成像雷达。专家们认为THz在国防特别是太空竞争中将起着关键的作用，西方国家已将太赫兹成像技术用于航空安检及太空飞船的安全检查等方面。

随着我国卫星技术的不断发展，目前气象预报应用的关键数据采集部件——辐射计的频段需求从L频段已经提升至毫米波、太赫兹频段。而要实现毫米波、太赫兹频段辐射计的高灵敏度，要求接收前端具有较低的噪声系数、高功率增益和宽频率带宽等特点。

目前国内THz频段的接收前端及其相关部件研究主要集中在低频段范围，约0.03-0.1THz。由于缺乏系统的思考及有效的测试调试手段，目前THz频段的接收前端的设计思路与低频段相同，主要采取采购或者自研相关部件，然后通过拼装的方式来组成接收前端。但是THz频段与微波频段相比，其部件之间的连接组装要求非常高，而且随着频率的提高，连接次数对系统的性能影响越来越大。

因此，研究太赫兹接收前端的集成化设计方法是非常重要的，也为未来实现1-10THz波段的大规模应用奠定基础。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种太赫兹接收前端及其实现方法，可以降低太赫兹频段超外差式接收前端的实现难度，该方法也适用于其它形式的太赫兹功能部件，以适合未来的太赫兹应用。

本发明的技术解决方案是：

一种太赫兹接收前端，包括正交模耦合器OMT、两个波导-微带转换、两个低噪声放大器LNA、两个带通滤波器、两个混频器、本振LO、倍频器和功分器；

所述波导-微带转换由波导腔体和石英衬底微带线组成，带通滤波器为波导膜片式滤波器；

正交模耦合器OMT将输入到其中的外部太赫兹频段的电磁波信号分成两路，第一路信号经过第一波导-微带转换，将波导中传输的信号转换到微带，并输出给第一低噪声放大器LNA，被第一低噪声放大器LNA放大之后进入第一带通滤波器，滤除杂波后进入第一混频器的射频信号输入口；

正交模耦合器OMT输出的第二路信号经过第二波导-微带转换，将波导中传输的信号转换到微带，并输出给第二低噪声放大器LNA，被第二低噪声放大器LNA放大之后进入第二带通滤波器，滤除杂波后进入第二混频器的射频信号输入口；本振LO的输出经过倍频器倍频后送入功分器分成两路，一路进入第一混频器的本振信号输入口，另一路进入第二混频器的本振信号输入口，第一混频器将输入到其中的两路输入信号相减之后输出得到中频信号，第二混频器将输入到其中的两路输入信号相减之后输出得到中频信号；

所述正交模耦合器OMT、波导-微带转换和低噪声放大器LNA形成一个一体成型组合体，混频器和功分器形成一个一体成型组合体，本振LO和倍频器形成一个一体成型组合体。

所述低噪声放大器LNA包括MMIC芯片、电容C1～C4；波导-微带转换的输出信号从MMIC芯片的输入端进入，放大后从输出端输出，MMIC芯片的第一个供电引脚通过并联在一起的电容C1和电容C3接地，MMIC芯片的第二个供电引脚通过并联在一起的电容C2和电容C4接地。

所述混频器包括射频匹配电路、反向并联管对、本振匹配电路、本振低通滤波器、本振中频双工器和中频低通滤波器；

经过带通滤波器滤除杂波的射频信号RF通过射频匹配电路进入反向并联管对的一端，本振信号LO依次经过本振中频双工器、本振低通滤波器和本振匹配电路后进入反向并联管对的另一端，反向并联管对输出的中频信号依次经过本振匹配电路、本振低通滤波器、本振中频双工器和中频低通滤波器输出。