[发明专利]新基于再生接收原理的硅基太赫兹主动式阵列成像技术

说明书

本发明公开一种新基于再生接收原理的硅基太赫兹主动式阵列成像技术，成像阵列架构采用收发分离结构，包括发射电路、接收电路，所述发射电路采用多个振荡器在片上组成耦合阵列来提高发射功率，每个振荡器和天线组成一个辐射单元，利用耦合阵列和耦合网络实现时钟同步和相位控制；接收电路基于再生原理实现高性能接收。本发明可以有效解决传统的太赫兹成像阵列发射功率低、时钟同步性差、接收噪声大、阵列效率差等问题，实现高性能太赫兹成像阵列设计。

技术领域

本发明涉及太赫兹成像芯片与收发阵列技术领域，特别是涉及一种新基于再生接收原理的硅基太赫兹主动式阵列成像技术。

背景技术

基于研制出完整的毫米波收发系统的基础上，已经有性能优良的太赫兹波段收发系统的大部分模块。但是成像阵列中频率源同步问题、太赫兹频段下低噪声接收问题、单芯片集成阵列效率问题仍难以解决。

目前多数太赫兹探测器采用非相干直接探测的模式，该模式下，输出功率随输入功率的增加迅速下降。相干外差结构相比零中频和低中频结构具有高邻道选择性、高接收灵敏度、抗干扰能力强等优势，并且相干模式可使输出信号保留相位信息，利用波束扫描实现成像。但对于太赫兹相干检测，难点在于难以产生高功率源和实现源同步。在太赫兹频段，由于工作频率接近有源器件的物理极限(f_T),导致自激振荡所能获得的功率大幅下降，为了提高发射机输出功率需要采用阵列技术进行功率合成，这需要多个本振信号源；相比于毫米波源阵列，太赫兹阵列所需要的源数目更多，并且振荡器对于寄生更加敏感，基于移相器的传统方案损耗大、相移误差大，不利于源同步和调相电路的设计。

此外，目前基于低噪声放大器的成像系统仍占主导地位，主要缺点为高功耗和较大的芯片面积，CMOS工艺实现的低噪声放大器大多数相位噪声大、增益低、无法为接收链路提供足够的噪声抑制能力。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种新基于再生接收原理的硅基太赫兹主动式阵列成像技术，以解决传统太赫兹成像阵列频率源同步问题、发射功率问题、低噪声接收问题以及阵列效率问题，以实现高灵敏度太赫兹信号接收和低噪声检测，实现太赫兹单芯片高效率阵列集成，实现太赫兹收发链路自干扰抑制。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种新基于再生接收原理的硅基太赫兹主动式阵列成像技术，成像阵列架构采用收发分离结构，包括发射电路、接收电路，所述发射电路采用多个振荡器在片上组成耦合阵列来提高发射功率，每个振荡器和天线组成一个辐射单元，利用耦合阵列和耦合网络实现时钟同步和相位控制；接收电路基于再生原理实现高性能接收。

其中，所述发射电路通过阵列耦合实现时钟同步，通过耦合网络实现阵列整体的相位控制，从而控制波束的形成。

其中，每个辐射单元通过移相器与相邻单元相连接。

其中，所述天线采用可重构的极化天线来实现自干扰消除，基于正交极化设计共址发射及接收天线对，在接收端天线上引入与发射端天线共极化的端口来创建收发间接耦合路径，采用再生接收机实现低噪声接收。

其中，设置有时钟同步电路，采用55GHz的锁相环，片外利用一个参考晶振，通过时钟分配网络实现收发参考频率的同步，片内利用倍频技术产生220GHz的振荡信号，有利于实现宽带调频。

本发明提出一种基于新型收发阵列结构、阵元耦合技术和时钟同步技术的太赫兹成像阵列，可以有效解决传统的太赫兹成像阵列发射功率低、时钟同步性差、接收噪声大、阵列效率差等问题，实现高性能太赫兹成像阵列设计。

附图说明

图1是本发明的发射机的结构示意图；

图2是本发明的再生接收机结构示意图。

具体实施方式