[发明专利]一种太赫兹准光功率合成与放大装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种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，在太赫兹频段，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与放大装置尤为重要。

随着电磁波应用的频段逐渐升高，电磁波的光学特性逐渐显现，传统电磁场研究方法暴露出局限性。

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，该装置包括微波喇叭发射天线、介质透镜A、N级微波放大阵列芯片、太赫兹倍频阵列芯片、介质透镜B和太赫兹喇叭接收天线。

微波喇叭发射天线馈入的微波球面波信号经介质透镜A在空间聚焦，变换为平面波信号并传输到N级微波放大阵列芯片。微波信号在空间由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介质透镜B在空间二次聚焦，空间传输的太赫兹平面波以高斯波束的形式传播，实现空间功率合成，最终由太赫兹喇叭接收天线接收信号。

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、介质透镜A、N级微波放大阵列芯片、太赫兹倍频阵列芯片、介质透镜B和太赫兹喇叭接收天线；N为自然数；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介质透镜A；

所述的介质透镜A将馈入的的微波球面波信号转换为平面波信号；

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前级馈入的信号，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，每个芯片等间距放置，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，M路太赫兹等幅相参信号经过太赫兹一分M等功分器中的太赫兹耦合微带线将太赫兹信号耦合至芯片背面的太赫兹辐射缝隙输出。p为自然数，q为自然数；

所述的介质透镜B将太赫兹平面波信号聚焦为高斯波束形式的太赫兹信号；

所述的太赫兹喇叭接收天线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介质透镜A；

该介质透镜A将微波喇叭发射天线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；

其中，第一级微波放大阵列芯片由m×n个子单元组成，每个子单元在介质基片上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；在介质基片的正面有微波接收天线、微波放大电路和微波耦合微带线；在介质基片的背面有微波辐射缝隙，微波辐射缝隙与微波耦合微带线成十字正交关系；