[发明专利]太赫兹准光功率合成与放大装置

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹准光功率合成与放大装置，具体来讲，是一种适用于太赫兹频段的高效率空间功率合成与放大技术领域。

背景技术

随着科学技术的发展，太赫兹频段的系统由于其传输信号容量大、结构紧凑以及具有更高的分辨率等特点越来越多的应用在微波遥感、医学成像、雷达、空间通信等领域。然而太赫兹技术的发展还面临诸多困难。其一，随着频率不断升高，各种传输线如波导、微带等都存在尺寸变小、损耗增大、承受功率减小、加工难度大和成本高等缺点。其二，太赫兹电磁波的光学特性逐渐显现，传统全波电磁场研究方法出现局限性，需要借助准光理论完善。因此在现有结构及加工制造技术不能满足需要的情况下，寻求一种结构简单、低成本、设计和加工简单的太赫兹准光功率合成和放大装置尤为重要。

发明内容

本发明针对当前太赫兹频段辐射功率低的问题，提供一种太赫兹准光功率合成与放大装置，它由微波喇叭发射天线、主抛物面反射镜A、副抛物面反射镜A′、N级微波放大阵列芯片、太赫兹倍频阵列芯片、主抛物面反射镜B、副抛物面反射镜B′和超外差太赫兹准光接收器组成。微波喇叭发射天线馈入的微波球面波信号经副抛物面反射镜A′和主抛物面反射镜A在空间聚焦，变换为微波平面波信号并传输到N级微波放大阵列芯片。微波平面波信号在空间由N级微波放大阵列芯片逐级放大并由太赫兹倍频阵列芯片将放大后的微波信号倍频至太赫兹频段输出。输出的太赫兹信号经主抛物面反射镜B和副抛物面反射镜B′在空间二次聚焦，实现空间功率合成，空间传输的太赫兹平面波以高斯波束的形式传播，最终由超外差太赫兹准光接收器接收信号。

为实现上述的目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明的一种太赫兹准光功率合成与放大装置，包括微波喇叭发射天线、主抛物面反射镜A、副抛物面反射镜A′、N级微波放大阵列芯片、太赫兹倍频阵列芯片、主抛物面反射镜B、副抛物面反射镜B′和超外差太赫兹准光接收器；N为自然数；即N级微波放大阵列芯片包括第一级微波放大阵列芯片、第二级微波放大阵列芯片、……、第N级微波放大阵列芯片；

所述的微波喇叭发射天线辐射微波球面波信号传输至副抛物面反射镜A′、主抛物面反射镜A；

所述的主抛物面反射镜A和副抛物面反射镜A′将馈入的微波球面波信号转换为微波平面波信号；

所述的第一级微波放大阵列芯片由m×n个子单元组成，每个子单元集成了微波接收天线、微波耦合微带线、微波放大电路和微波辐射缝隙；其中，微波接收天线被用于接收副抛物面反射镜A′馈入的信号，微波放大电路被用于将信号放大。芯片正面的微波耦合微带线将微波放大电路放大的信号耦合至芯片背面的微波辐射缝隙输出。

所述的第二级以后的微波放大阵列芯片由m×n个子单元组成，每个子单元集成了微波耦合微带线、微波放大电路和微波辐射缝隙；其中一段微波耦合微带线被用于耦合前级微波辐射缝隙输出的信号，微波放大电路被用于将信号放大。另一段微波耦合微带线将微波放大电路放大的信号耦合至芯片背面的微波辐射缝隙输出。该微波放大阵列芯片N级级联工作，每级芯片等间距放置，微波信号在空间传输并通过N级级联的阵列芯片逐级放大，这样既保证了有效的链路增益，又保证了输出功率。m为自然数，n为自然数；

该太赫兹倍频阵列芯片置于N级微波放大阵列芯片级联结构之后，由p×q个子单元组成，每个子单元集成了微波耦合微带线、太赫兹倍频器、太赫兹一分M等功分器和M个太赫兹辐射缝隙。其中，微波耦合微带线被用于耦合前级微波辐射缝隙输出的微波信号，太赫兹倍频器被用于将微波信号倍频至太赫兹信号，太赫兹一分M等功分器将倍频器输出的太赫兹信号等分成M路相参信号，太赫兹一分M等功分器的M路太赫兹耦合微带线将太赫兹信号耦合至芯片背面的M个太赫兹辐射缝隙输出。p为自然数，q为自然数；

所述的主抛物面反射镜B和副抛物面反射镜B′将太赫兹平面波信号聚焦，以高斯波束的形式实现准光功率合成；

所述的超外差太赫兹准光接收器用于接收太赫兹信号；

本发明解决了太赫兹频段辐射功率低的问题。

该微波喇叭发射天线辐射微波球面波信号传输至主抛物面反射镜A和副抛物面反射镜A′；

该主抛物面反射镜A和副抛物面反射镜A′将馈入的的微波球面波信号转换为平面波信号输出；

该N级微波放大阵列芯片包括该第一级微波放大阵列芯片、第二级微波放大阵列芯片、第三级微波放大阵列芯片、……、第N级微波放大阵列芯片；