[发明专利]单接收机太赫兹矢量场形测量装置及其测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹测量的技术领域，尤其涉及测量太赫兹频段（含毫米波、亚毫米波波段）矢量场形的装置及方法，具体的说，是一种单接收机太赫兹矢量场形测量装置及其测量方法。

背景技术

矢量场形测量是指同时测量电磁场的幅度和相位分布。通过某一固定平面上的二维矢量场形测量，可以推导待测辐射源在全空间范围内的三维场分布及其传播特性，因此这种测量方法在反射面天线、馈源喇叭、微波毫米波成像系统以及准光学系统等领域里是重要的测量手段。为了获取待测场的相位分布，需要为测量信号提供一路相位参考信号，该信号不随空间扫描位置的变化而变化，而仅仅用来表征发射机和接收机中振荡器产生的随机相位波动。在测量信号的相位中扣除这部分随机相位波动，即可得到待测场真实的相位分布信息。在传统的微波和毫米波矢量场形测量系统中，测量信号和参考信号分别由两台接收机提供（如图1所示），其中一台接收机接收来自测量场的信号，而另一台接收机通过定向耦合器直接与发射机相连。两台接收机共用同一本振源，实现相位相关。在频率更高的亚毫米波和太赫兹频段，原理上仍可采用上述系统构成，但在这些频段，发射机的输出功率一般较低，接收机的成本较高，且噪声温度相对低频段而言大幅升高，常常不能满足矢量场形测量所需的灵敏度和动态范围要求。采用高灵敏度超导接收机可以获得比半导体接收机低一个量级以上的噪声温度，实现高精度的场形测量，但其缺点是体积和功耗较大，成本昂贵。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述技术现状，而提供一种只使用一台接收机即可完成太赫兹矢量场形测量且相位测量精度与双接收机方案相当、构建成本低廉、系统配置更加灵活的单接收机太赫兹矢量场形测量装置及其测量方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

单接收机太赫兹矢量场形测量装置，包括发射频综、本振频综、测试通道和参考通道，在测试通道中，发射频综通过定向耦合器依次连接有倍频放大模块、待测辐射源以及能接收射频信号并混频的接收机；在参考通道中，发射频综及本振频综均通过定向耦合器另一输出端口与微波混频器连接。接收机及微波混频器的中频输出端口均与采集卡连接。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

上述的采集卡为双通道A/D采集卡。

上述的定向耦合器包括有第一定向耦合器和第二定向耦合器，发射频综与第一定向耦合器连接，本振频综与第二定向耦合器连接，第一定向耦合器和第二定向耦合器均包括有两个输出端口，且这两个端口分别连通测试通道以及参考通道。

上述的发射频综、本振频综和采集卡之间通过10MHz参考信号线相互连接。

上述的通过单接收机太赫兹矢量场形测量装置测量太赫兹矢量场形的方法，包括以下步骤：

步骤一、发射频综和本振频综分别与一个定向耦合器相连，定向耦合器的两个输出通道分别作为测试和参考通道，发射频综发出的微波信号频率记为                                               ，本振频综发出的微波信号频率记为；

步骤二、在测量通道中，发射频综输出的微波信号经倍频放大后，生成太赫兹射频信号，经接收机接收并混频后，生成测试中频信号，其频率为=m(-)，其中m为测试通道的总倍频次数；

步骤三、在参考通道中，发射频综和本振频综输出的信号送入微波混频器中，生成参考中频信号，其频率为=-；

步骤四、将测试中频信号和参考中频信号送入采集卡中，所述的采集卡对二者进行A/D采样，得到测试通道的时域数字信号x_T(t)以及参考通道的时域数字信号x_R(t)；

步骤五、对测试通道的时域数字信号及参考通道的时域数字信号进行软件数字信号处理，得到测试通道的幅度和相位。

上述的步骤五中对测试通道的时域数字信号及参考通道的时域数字信号进行软件数字信号处理的流程为：

1）分别对x_T(t)和x_R(t)进行傅里叶变换，得到测试中频的频谱X_T(f)和参考中频的频谱X_R(f)；

2）从测试中频频谱中提取测试信号的幅度和相位；