[发明专利]零差式宽带微波光谱仪

说明书

本发明公开了一种零差式宽带微波光谱仪，包括：微波信号源、样品真空室、信号检测系统；微波信号源，用于产生啁啾脉冲信号和单频微波信号，并将两个信号混频至预设目标频段后输出至样品真空室；样品真空室，用于提供一个空间，混频信号和待测样品分子在上述空间中相互作用产生自由感应衰减信号；信号检测系统，用于接收自由感应衰减信号与单频微波信号混频至预设目标频段后的信号，并获取待测样品分子的光谱信号。本发明在确保高信噪比的前提下简化了电路设计，提高了检测结果的灵敏度和准确度，数据处理时可直接将时域数据累加平均后进行傅里叶变换，节省了光谱仪搭建成本，结构简单，搭建方便，易于操作。

技术领域

本发明涉及光谱仪技术领域，特别涉及一种零差式宽带微波光谱仪。

背景技术

微波光谱仪能够获取化学分子的结构信息，在量子化学理论研究和射电探测深空分子、界面和表面科学、材料分析等领域有着广泛的应用前景。

现有的傅里叶变换微波光谱仪的检测方式有外差式检测和零差式检测两种。如论文“傅里叶变换微波光谱仪的信号采集与数据处理研究”提出了零差式和外差式两种窄带微波光谱仪，其公开了零差式和外差式窄带微波光谱仪的检测方式，对比两种电路设计的检测方案，零差式检测灵敏度稍低，但所用设备少，实验成本低，数据处理时可直接将时域数据累加平均后进行傅里叶变换；外差式检测灵敏度高，实验成本也高，可能需要对频域数据累加平均，数据处理量相对增大。综上所述，使用零差式检测方法更加经济便捷。但目前基本研究的都是窄带微波光谱仪，而对宽带微波光谱仪的研究尚且存在空白。

发明内容

本发明的目的在于提供一种性能优良的零差式宽带微波光谱仪。

实现本发明目的的技术解决方案为：零差式宽带微波光谱仪，包括微波信号源、样品真空室、信号检测系统；

所述微波信号源，用于产生啁啾脉冲信号和单频微波信号，并将两个信号混频至预设目标频段后输出至样品真空室；

所述样品真空室，用于提供一个空间，所述混频信号和待测样品分子在所述空间中相互作用产生自由感应衰减信号；

所述信号检测系统，用于接收所述自由感应衰减信号与单频微波信号混频至预设目标频段后的信号，并获取待测样品分子的光谱信号。

进一步地，微波信号源包括：

任意波形发生器，用于产生啁啾脉冲信号；

信号发生器，用于产生单频微波信号；

混频器，用于对所述啁啾脉冲信号和单频微波信号进行混频。

进一步地，所述样品真空室包括真空腔以及腔内设置的喇叭天线、电磁阀喷嘴、凹面镜；

喇叭天线接收混频信号并将该信号输出至真空腔内，与此同时，电磁阀喷嘴喷出待测样品分子，所述混频信号和待测样品分子在真空腔中相互作用产生自由感应衰减信号，该自由感应衰减信号经凹面镜反射后与待测样品分子再次进行相互作用，作用后的信号通过喇叭天线导出样品真空室，并经环形器输出。

进一步地，所述信号检测系统包括数字示波器，用于接收所述自由感应衰减信号与信号发生器产生的单频微波信号混频至预设目标频段后的信号，且该信号通过单刀单掷电子开关、低噪声放大器传输至数字示波器。

进一步地，该光谱仪还包括铷频标，其与任意波形发生器、信号发生器、数字示波器直接连接，用于提供一个外部频率参考，以保证任意波形发生器、信号发生器、数字示波器三者相位稳定。