[发明专利]一种新型的交叉耦合单片相干接收机和发射机

说明书

一种新型的交叉耦合单片相干接收机和发射机，发射机和接收机集成在同一芯片上。发射机链路主要由振荡器和天线组成，接收机链路主要由振荡器、注入锁定、混频器和天线组成；该结构采用堆叠交叉耦合振荡器作为发射机和接收机的本地振荡信号，可以增加振荡器的负阻，提高振荡器输出信号的幅度和功率，振荡频率比较高的上端交叉耦合模块可以由振荡频率比较低的下端交叉耦合模块锁定，使振荡器输出信号更稳定；采用注入锁定技术能提高振荡器输出信号的稳定度，同时又能实现接收机的相干成像，提高成像质量和对比度；振荡器的输出信号能够直接传输到混频器当中，可以减少匹配网络的使用。

技术领域

本发明属于太赫兹波成像技术领域，更具体的涉及一种新型交叉耦合单片相干接收机和发射机。

背景技术

太赫兹射线是电磁波的一种，或称太赫兹波，介于微波和红外线之间，也叫T射线（T-Ray），它的频率范围一般为0.1THz-10THz[1]。在光学领域称之为远红外线辐射，无线电物理领域又根据其波长小于毫米级，称其为亚毫米波。目前，太赫兹波及其应用己经成为科学界的热点领域。太赫兹波可以应用于很多方面，例如包括安检成像[2]、生物医学[3][4]、环境监测和大容量数据通信等领域。

太赫兹成像系统是太赫兹波的重要应用之一，太赫兹源方面，很长时间以来，对于太赫兹射线，缺乏高发射率的太赫兹信号源，导致该波段的太赫兹射线一直处于待研究的状态，没能得到深入的探索和应用，而被称作“太赫兹空隙”。太赫兹接收机方面，可以分为非相干检测接收机和相干检测接收机。其中，非相干检测接收机，可以分为基于天线藕合的肖特基二极管接收机[5]，基于天线藕合的FET（Field Effect Transistor）自混频接收机[6]和基于天线藕合的太赫兹热接收机[7]等，其具有系统简单，功耗低等优点，但是存在接收机响应度低，噪声等效功率性能不好等问题。而相干检测接收机，可以分为外差检测接收机和零差检测接收机，其具有响应度高，噪声等效功率性能好，可以接收非常微弱的太赫兹信号的优点，但是存在系统复杂，面积大等问题。

综上所述，针对太赫兹信号源性能不高，非相干检测接收机接收机响应度低，噪声等效功率性能不好，相干接收机系统复杂，面积大等问题。目前迫切需要提出一种新型的单片发射机和相干接收机，其结构相对简单，科学合理，可以自身向外辐射信号，不需要外部的太赫兹源，同时增加接收机的输出响应度，减少噪声等效功率，节约芯片面积，减小系统复杂度满足对太赫兹波的检测需求。

[1] P. H. Siegel,P. H. Siegel，“Terahertz technology”,IEEETransactions on Microwave Theory Techniques,50,910,(2002).

[2] ] K. Cooper, R. Dengler, N. Llombart, B. Thomas, G. Chattopadhyay,andP. Siegel, “THz imaging radar for standoff personnel screening,”IEEE Trans.THz Sci. Technol., vol. 1, no. 1, pp. 169–182, Sep. 2011.

[3] Z. Taylor, R. Singh, D. Bennett, P. Tewari, C. Kealey, N. Bajwa, M.Culjat, A. Stojadinovic, H. Lee, J.-P. Hubschman, E. Brown, and W. Grundfest,“THz medical imaging: In vivo hydration sensing,” IEEE Trans. THz Sci.Technol., vol. 1, no. 1, pp. 201–219, Sep.