[发明专利]一种用于太赫兹固态电路成像中的相位检测方法及电路

说明书

技术领域

本发明属于太赫兹成像和微电子技术领域，具体涉及一种基于固态电路的太赫兹波相位检测电路。

背景技术

太赫兹波频段位于毫米波与红外光之间，其波长在30μm～3mm之间，具有波长短、透过率高、带宽宽等特点，在太赫兹成像、太赫兹频谱和太赫兹通信等方面具有广阔的应用前景。由于太赫兹波对非极性物质具有很强的穿透性和低能量特性，所以可以对很多物质材料进行无损探测成像。传统的太赫兹探测成像技术主要采用光学的方法实现单点探测，成像速度慢，所获得的图像分辨率低、且系统结构复杂、体积庞大。为了减小系统体积，降低成本，采用微电子技术实现太赫兹成像已成为当前国内外该领域研究热点

太赫兹成像的光学方法主要是利用超晶格结构形成子能级，通过电子在子能级间的跃迁，实现太赫兹波的产生与探测，由于太赫兹波的能量小，环境的热扰动对其性能影响巨大，所以无论是亚能级的太赫兹激光器还是太赫兹探测器，都需要增加制冷系统，使其工作在非常低的温度下。微电子学方法，主要是采用基于半导体的固态电子器件构成的微电子集成电路，这些电路可以实现太赫兹源，对太赫兹信号进行混频和放大等功能，实现特定频率的太赫兹波的产生与探测。

目前现有技术，在基于固态电路的太赫兹成像系统中，由于缺乏有效的太赫兹低噪声放大器，仅能在微波毫米波频段对信号的相位进行探测，无法获得太赫兹频段的信号相位信息。而使用半导体二极管或三端电子器件对太赫兹连续波进行探测仅能获得太赫兹波的强度信息，而不能获得相位信息。如何基于固态电路同时获取太赫兹波的强度和相位信息是当前太赫兹连续波成像系统设计中所面临的主要技术难点之一。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于固态电路的太赫兹波相位检测电路，使得在使用微电子技术固态电路实现太赫兹成像系统时不仅能获得太赫兹波的强度信息，且能获得太赫兹波穿透被测物体后的相位变化信息。

为了解决以上技术问题，本发明基于差分信号的功率分配与矢量功率合成相互组合的技术手段，对一组从太赫兹源发射出来的差分信号进行接收，并分别对每一路信号进行功率分配和功率重组合成，得到一个矢量三角形，这样通过检测构成矢量三角形的各矢量信号强度即可方便获得相位信息，具体的技术方案如下：

一种用于太赫兹固态电路成像中的相位检测方法，其特征在于：采用差分信号的功率分配与矢量功率合成相互组合，通过对一组从太赫兹源发射出来的差分信号进行接收，并分别对每一路信号进行功率分配和功率重组合成，得到一个矢量三角形；通过检测所述矢量三角形的各矢量信号强度即C₁、F₁和G₁，根据余弦定理计算获得穿过被测物体的相位变化信息。

一种用于太赫兹固态电路成像中的相位检测电路，其特征在于包括:太赫兹差分信号源和太赫兹探测器；

所述的太赫兹差分信号源由1个太赫兹波发生电路、1个巴伦和两个发射天线即发射天线1和发射天线2构成，太赫兹波发生电路的输出端与巴伦的输入端相连，巴伦的两个差分输出端分别与发射天线1的馈电端和发射天线2的馈电端连接；

所述太赫兹探测器由接收天线1和接收天线2、功率分配器1和功率分配器2、混频放大电路1、混频放大电路2、混频放大电路3、以及功率合成器构成；功率分配器1和功率分配器2的输入端分别与接收天线1和接收天线2的输出端相连；功率分配器1的一个输出端与混频放大电路1的输入端相连，另一个输出端与功率合成器的一个输入端相连；功率分配器2的一个输出端与混频放大电路2的输入端相连，另一个输出端与功率合成器的另一个输入端相连；功率合成器的输出端与混频放大电路3输入端相连；

太赫兹差分信号源和太赫兹探测器的摆放位置为：发射天线1的输出端与接收天线1的输入端相对；发射天线2的输出端与接收天线2的输入端相对。

所述功率分配器1和功率分配器2具有一致的尺寸，两个输出端具有相同的输出功率，且均为输入功率的一半。

所述混频放大电路1、混频放大电路2和混频放大电路3具有完全相同的电路结构和电路参数，且具有一致的特性和放大倍数。