本发明专利技术公开了单接收机太赫兹矢量场形测量装置及其测量方法，涉及太赫兹测量的技术领域，本发明专利技术的装置包括两个信号通道，即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一个双通道A/D采集卡连接。本发明专利技术具有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优点。
【技术实现步骤摘要】
单接收机太赫兹矢量场形测量装置及其测量方法
本专利技术涉及太赫兹测量的
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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xT(t)以及参考通道的时域数字信号xR(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xT(t)和xR(t)进行傅里叶变换，得到测试中频的频谱XT(f)和参考中频的频谱XR(f)；2）从测试中频频谱中提取测试信号的幅度和相位；3）从参考中频频谱中提取参考信号的幅度和相位；4）计算测试信号校正后的相位为-m()。上述的步骤四中采集卡8的采样频率〉。本专利技术的单接收机太赫兹矢量场形测量装置是基于单一接收机的矢量场形测量系统，该系统方案基于高速A/D采集板卡，并利用数字信号处理实现高精度相位参考信号，系统构成方便灵活，且相位测量精度与双接收机方案相当。高速A/D采集板卡是双通道采集板卡，两个通道分别定义为通道1和通道2。本专利技术的发射频综和本振频综分别和一个定向耦合器或功分器相连，定向耦合器的两个输出通道分别作为测试和参考通道。在测量通道中，发射频综输出的微波信号经多次倍频放大后，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(-)，在参考通道中，发射频综和本振频综输出的信号送入一个微波混频器中，生成参考中频信号，其频率为=-。测试和参考中频信号被分别送入双通道高速A/D采集卡的通道1和通道2进行A/D采样，得到测试通道和参考通道的时域数字信号xT(t)和xR(t)。对两路中频时域信号进行软件数字信号处理，最后提取出测试通道的幅度和相位信息。为避免混叠，高速A/D采集卡的采样频率需满足〉。本方法相对于传统的双接收机系统构成方案的优点在于：利用单一接收机就能实现矢量场形测量的方法在太赫兹频段是极具优势的，不仅可以降低系统成本，提高系统稳定性和可靠性，还有利于系统集成与小型化，借助高分辨率高速A/D采集板卡进行全数字化的中频信号处理，提高中频信号处理的信噪比。本方法还可扩展到发射机和接收机采用不同倍频次数的测量装置中，使系统配置更加灵活。附图说明图1是
技术介绍
中双接收机测量太赫兹矢量场形装置的结构示意图；图2是本专利技术的结构示意图；图3是本专利技术第一实施例的560GHz矢量场形测量的结构示意图；图4是本专利技术第一实施例的850GHz矢量场形测量的结构示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例作进一步详细描述。图1为
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装置的结构示意图，图2至图4所示为本专利技术的结构示意图。其中的附图标记为：发射频综1、本振频综2、定向耦合器3、第一定向耦合器31、第二定向耦合器32、倍频放大模块4、待测辐射源5、接收机6、微波混频器7、采集卡8、矢量电压计9。第一实施例：本专利技术的单接收机太赫兹矢量场形测量装置，如图2所示，包括发射频综1和本振频综2，发射频综1和本振频综2分别通过一定向耦合器3同时连接测试通道及参考通道，且在测试通道中，发射频综1通过定向耦合器3依次连接有倍频放大模块4、待测辐射源5以及能接收射频信号并混频的接收机6，其中，在参考通道中，发射频综1及本振频综2均通过定向耦合器3与微波混频器7连接，接收机6及微波混频器7均与采集卡8连接。通过图2所示的系统测量560GHz矢量场形，如图3所示，图3中射频频综1和本振频综2分别输出15.55GHz和15.56GHz的微波信号，分别经过36次倍频后，生成559.8GHz的太赫兹射频信号和560.16GHz的太赫兹本振信号，两者经接收机6中的HEB混频器混频并滤波放大后，得到360MHz的测试中频信号。另外，射频频综1和本振频综2输出的信号直接通过微波混频器7混频后得到10MHz的参考中频信号。测试中频信号与参考中频信号同时送入NI5772R高速A/D采集板卡进行采样，该采集卡为双通道采集卡，最高采样频率为800MHz，分辨率为12bit，本文档来自技高网...
【技术保护点】
单接收机太赫兹矢量场形测量装置，包括发射频综(1)和本振频综(2)，其特征是：本单接收机太赫兹矢量场形测量装置还包括测试通道和参考通道，在测试通道中，所述的发射频综(1)通过定向耦合器(3)依次连接有倍频放大模块(4)、待测辐射源(5)以及能接收射频信号并混频的接收机(6)，在参考通道中，发射频综(1)和本振频综(2)均通过定向耦合器(3)另一输出端口与微波混频器(7)连接，所述的接收机(6)及微波混频器(7)的中频输出端口均与采集卡(8)连接。
【技术特征摘要】
1.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，其中，单接收机太赫兹矢量场形测量装置包括发射频综(1)和本振频综(2)，其特征是：本单接收机太赫兹矢量场形测量装置还包括测试通道和参考通道，在测试通道中，所述的发射频综(1)通过定向耦合器(3)依次连接有倍频放大模块(4)、待测辐射源(5)以及能接收射频信号并混频的接收机(6)，在参考通道中，发射频综(1)和本振频综(2)均通过定向耦合器(3)的输出端口与微波混频器(7)连接，所述的微波混频器(7)的中频输出端口及接收机(6)均与采集卡(8)连接；所述的定向耦合器(3)包括有第一定向耦合器(31)和第二定向耦合器(32)，所述的第一定向耦合器(31)和第二定向耦合器(32)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，单接收机太赫兹矢量场形测量方法包括以下步骤：步骤一、所述的发射频综(1)与第一定向耦合器(31)连接，所述的本振频综(2)与第二定向耦合器(32)连接，将第一定向耦合器(31)和第二定向耦合器(32)的两个输出端口分别连接测试通道和参考通道，发射频综(1)发出的微波信号频率记为fRF，本振频综(2)发出的微波信号频率记为fLO；步骤二、在测量通道中，发射频综(1)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(6)接收并混频后，生成测试中频信号，其频率为fTEST＝m(fRF-fLO)，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(7)...
【专利技术属性】
技术研发人员：娄铮，胡洁，周康敏，林镇辉，姚骑均，史生才，
申请(专利权)人：中国科学院紫金山天文台，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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