[发明专利]基于相位同步用功率合成提高太赫兹波功率的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种太赫兹波的方法和系统，尤其是涉及一种相位同步用功率合成提高太赫兹波功率的方法和系统。

背景技术

太赫兹(THz)波是指频率在0.1-10THz范围内的电磁波，位于太赫兹波两侧的微波毫米波和红外辐射发展很成熟，并已有广泛的应用。在电磁波频谱中太赫兹占有很特殊的位置。太赫兹波不仅是宏观经典理论向微观量子理论的过渡区，也是电子学向光子学的过渡区，被称为电磁波谱的“太赫兹空隙(THz gap)”。太赫兹科学技术是近20多年来新兴的技术，尽管人类在THz的研究和认识方面已经取得了很大的进展，THz技术不但在基础科学中有重要的研究意义，还能广泛被应用到安全检查、医疗诊断以及化学合成当中。然而长期以来太赫兹波源的问题却一直未得到很好的解决，设计出高效率高功率的太赫兹辐射源在太赫兹领域当中有极高的地位。

在信号的功率合成中，两个输入功率信号存在相位差时，会对合成功率产生较大的影响。在最差的情况下，当两个同振幅的功率信号相位差为180°时，最终的合成功率为0，所以相位同步在整个系统中是非常重要的。

发明内容

为了克服背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于相位同步用功率合成提高太赫兹波功率的方法和系统。

本发明采用的技术方案是：

一、一种基于相位同步用功率合成提高太赫兹波功率的方法：

计算机通过USB端口对接数字控制回路，对四个锁相环频率合成电路进行调制，达到对频率的精确控制以及对输出相位的修正，锁相环合成的频率信号经过倍频滤波形成相位稳定的激励信号，再通过雪崩管高次倍频达到太赫兹波段，经过修正激励信号相位达到四路高次倍频后的太赫兹波的相位同步，提高最后功率合成的效率，从而提高输出的太赫兹波的功率。

二、一种基于相位同步用功率合成提高太赫兹波功率的系统：

本发明包括数字控制电路，四个相同的单路模块和功率合成模块；数字控制电路的一端通过USB端口与计算机连接，数字控制电路的另一端分别经四个相同的单路模块后，分别与功率合成模块连接。

所述的四个相同的单路模块均包括：锁相环频率合成电路、倍频滤波电路、功率放大回路和渡越时间雪崩二极管的高次连续倍频结构；数字控制电路输出信号分别经每路锁相环频率合成电路、每路倍频滤波电路、每路功率放大回路和每路雪崩管高次倍频结构后，最后通过功率合成模块连接。

所述的数字控制电路包括串并转换芯片FT232RL、单片机Atmega88、复杂逻辑可编程器件XC95144和晶振TCXO；计算机输出的控制信号依次通过USB端口、FT232RL、Atmega88输出到XC95144的输入口，TCXO的频率信号直接输出给XC95144，最后由XC95144输出控制信号给4个单路模块的锁相环频率合成电路。

所述的锁相环频率合成电路是围绕锁相环芯片ADF4350搭建的电路，数字控制电路输入参考频率信号和控制信号到ADF4350相应的端口，芯片输出频率信号到倍频滤波电路。

所述的倍频滤波电路，锁相环频率合成电路产生的信号依次通过芯片LFCN-3800+、ADL5602、KSX2-14+、HFCN-7150+、LFCN-8400+输出信号到功率放大回路。

所述的功率放大回路，倍频滤波电路产生的信号依次通过围绕两块串联的HMC407MS8G芯片和FMM5057芯片搭建的电路，最后输出到雪崩管高次倍频结构。

雪崩管高次倍频结构，功率放大回路输出的信号以及外部电压电流偏置通过同轴线馈到渡越时间雪崩二极管，雪崩二极管输出的太赫兹信号通过波导腔耦合到功率合成模块。

本发明具有的有益效果是：

本发明和传统的雪崩管高次倍频太赫兹合路技术相比，在于通过数字控制电路对锁相环频率合成电路输出信号的实现相位控制，通过对4路激励信号的修正，雪崩管高次倍频结构输出的4路太赫兹信号在相位上达到同步，这能提高功率合成的效率，从而达到获得高功率太赫兹波的目的。

附图说明

图1是整个系统的原理框图。

图2是锁相环频率合成电路原理图。

图3是数字控制电路总原理图。

图4是MCU程序流程图。

图5是倍频滤波电路原理图。

图6是功率放大电路原理图。

图7是单路雪崩管高次倍频结构简图。

图8是功率合成模块简图。