一種基于相位調整的功率合成太赫茲穩幅方法技術

一種基于相位調整的功率合成太赫茲穩幅方法，采用傳統的強度探測器作為幅度檢測，并將檢測電平的低頻包絡檢波信號作為反饋量，驅動功率合成各分支間的相位適配度調整，實現最終太赫茲輸出幅度的調整功能。在自反饋和修正過程中，太赫茲信號的輸出幅度會被反饋信號鉗制，從而使得輸出的太赫茲信號的電平幅度趨于平穩，以達到穩幅的目的。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于信號處理領域，涉及一種信號幅度的調整方法，特別適用于對太赫茲穩幅特性有要求的太赫茲源。
技術介紹
太赫茲技術是當前學術研究的熱點，能夠被應用于物體成像、環境監測、醫療診斷、射電天文、安全檢查、反恐探測、衛星通信和雷達探測等與國民經濟和社會發展密切相關的領域，其中太赫茲源是不可或缺的部件之一。盡管實際應用中對太赫茲源的輸出功率有嚴格要求，然而太赫茲源輸出功率的實際值目前仍然無法準確獲知，即便是國外購進的功率計，其測量準確度長時間使用后也無法保證，而國內對此類高頻設備的計量手段欠缺。為此需要對太赫茲的輸出功率進行溯源，以便獲得功率計量的手段。在溯源過程中，需要一臺幅度能夠長時間保持穩定的太赫茲信號源。現階段，獲得太赫茲穩幅信號非常困難，其一是由于太赫茲信號的產生無論光學手段還是電學手段均利用非線性過程產生，控制其偏置參數不能保證信號產生處于較好的穩定態，且控制函數的單調性不強；其二是采用衰減器進行動態調節，但現階段大部分太赫茲衰減器為手動調整，已報道的少量電調衰減器的響應速度均在亞秒量級，無法滿足快速幅度調整的需求。
技術實現思路
本專利技術解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種基于相位調整的功率合成太赫茲穩幅方法，通過控制功率合成過程的相位失配度來達到輸出功率幅度快速平衡的目的，具有響應快，易于實現，可靠性高的特點。本專利技術的技術解決方案是：一種基于相位調整的功率合成太赫茲穩幅方法，包括如下步驟：(1)利用信號源產生基頻信號，并對所述基頻信號進行功率分配，形成兩路基頻分支信號；(2)將兩路基頻分支信號饋入鎖相環中，每一路基頻分支信號單獨對應一個鎖相環；利用倍頻信號與基頻信號間相位線性傳遞的特性，通過其中一路基頻分支信號對應的鎖相環調整該路基頻分支信號的相位延遲，使得兩路基頻分支信號的相位差為90°/N，其中N為倍頻次數，N為正整數；(3)對經過步驟(2)處理的兩路基頻分支信號分別進行N倍頻，并對各自倍頻后的兩路基頻分支信號進行合成，得到功率合成后的太赫茲信號；(4)利用定向耦合器獲取能夠驅動檢波器的最小功率的太赫茲信號作為反饋檢測信號，對所述反饋檢測信號進行包絡檢波，提取出幅度包絡特征作為太赫茲信號輸出功率電平特征信號；(5)利用步驟(4)得到的電平特征信號幅度量Pout作為參量，采用公式計算，得到對鎖相環的修正參數Δφ，并寫入步驟(2)中進行相位延遲操作的鎖相環進行相位反饋調整，保持功率合成后的太赫茲信號的動態平衡，均值功率為一定值，A1和A2分別為兩路基頻分支信號的幅度。優選的，所述步驟(1)中對基頻信號進行功率分配的方式為等幅分配。優選的，所述反饋檢測信號功率為功率合成后的太赫茲信號功率的1‰。本專利技術與現有技術相比的優點在于：1、現有技術無法實現太赫茲信號輸出功率的動態穩幅，因此輸出信號往往會隨環境溫度變化、直流偏置信號的抖動以及太赫茲倍頻器件本身的噪聲而隨機抖動，甚至成大幅度曲線的非回歸變化；而本專利技術采用動態相位補償式調節的方式，實現了功率維度的調整，使得太赫茲輸出信號能夠實時保持恒幅度輸出；2、傳統方法采用直接檢波后作為輸入，將倍頻器的附加噪聲疊加在反饋的信號中，使得相位調整電路無法正常工作。而本專利技術采用包絡檢波的方式，極大地提升了反饋信號對輸出功率漂移反映的真實度，可靠性大大提高；3、目前尚缺乏對太赫茲信號的快速調整功能；而本專利技術采用了中頻移相的方法，可以實現對太赫茲信號相位的快速調整。附圖說明圖1為本專利技術方法的原理圖；圖2為本專利技術中兩路信號合成效率與相位夾角之間關系的曲線圖；圖3為本專利技術中未經過相位適配度補償的輸出信號電平曲線(黑色線條)和經過相位適配度調整補償的輸出信號電平曲線(沿橫軸的亮色窄帶)。具體實施方式本專利技術從技術層面可分為兩部分：穩幅功率輸出的相位調整和采用包絡檢波反饋網絡。其中前者主要闡述了通過快速相位控制實現信號輸出電平的動態穩定過程和理論依據；后者闡述了信號的反饋不是一般的反饋方式，得進行信號的包絡特征提取，用于消除相位噪聲帶來的干擾。(一)穩幅功率輸出的相位調整理論分析基于相位調整的功率合成太赫茲穩幅方法，其實現過程主要為以下兩個關鍵過程：通過調整兩路信號相位差為90°(其它非0相位差的狀態也可以，但是90°相位差的情況最佳，其調整范圍大)，使得合成效率為50％；通過定向耦合裝置采集能滿足最小探測要求的小部分功率電平，積分后反饋給相位調整電路作為參考信號，具體實現方案如圖1所示。采用相位失配度調整合路功率輸出的理論及仿真結果如下：設兩路信號分別為S1＝A1[cos(ωt)+jsin(ωt)]，S2＝A2[cos(ωt)+jsin(ωt)]，其中，S1和S2為假設的兩路信號，A1和A2分別為假設的兩路信號的幅度，ω為信號的角頻率。若兩路信號的相位夾角為φ，則該兩路信號的合成功率表達式為：Psum＝|S1+S2|2＝A12+A22+2A1A2cosφ (1)而當兩路信號的相位差為0時具有最大合成功率：Pmax_sum＝|S1+S2|2＝A12+A22+2A1A2 (2)另，總有一個實數a可以使得A1＝aA2(a∈R)成立，則合成效率可以表示為： η = P s u m P max _ s u m = a 2 + 2 a c o s φ + 1 ( a + 1 ) 2 - - - ( 3 ) ]]>通過調節兩路信號的幅度近似相等，使得a≈1，則(3)式可化簡為(4)式， η = P s u m P max _ s u m = a 2 + 2 a c o s φ + 1 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于相位調整的功率合成太赫茲穩幅方法，其特征在于包括如下步驟：(1)利用信號源產生基頻信號，并對所述基頻信號進行功率分配，形成兩路基頻分支信號；(2)將兩路基頻分支信號饋入鎖相環中，每一路基頻分支信號單獨對應一個鎖相環；利用倍頻信號與基頻信號間相位線性傳遞的特性，通過其中一路基頻分支信號對應的鎖相環調整該路基頻分支信號的相位延遲，使得兩路基頻分支信號的相位差為90°/N，其中N為倍頻次數，N為正整數；(3)對經過步驟(2)處理的兩路基頻分支信號分別進行N倍頻，并對各自倍頻后的兩路基頻分支信號進行合成，得到功率合成后的太赫茲信號；(4)利用定向耦合器獲取能夠驅動檢波器的最小功率的太赫茲信號作為反饋檢測信號，對所述反饋檢測信號進行包絡檢波，提取出幅度包絡特征作為太赫茲信號輸出功率電平特征信號；(5)利用步驟(4)得到的電平特征信號幅度量Pout作為參量，采用公式計算，得到對鎖相環的修正參數Δφ，并寫入步驟(2)中進行相位延遲操作的鎖相環進行相位反饋調整，保持功率合成后的太赫茲信號的動態平衡，均值功率為一定值，A1和A2分別為兩路基頻分支信號的幅度。

【技術特征摘要】
1.一種基于相位調整的功率合成太赫茲穩幅方法，其特征在于包括如下步驟：(1)利用信號源產生基頻信號，并對所述基頻信號進行功率分配，形成兩路基頻分支信號；(2)將兩路基頻分支信號饋入鎖相環中，每一路基頻分支信號單獨對應一個鎖相環；利用倍頻信號與基頻信號間相位線性傳遞的特性，通過其中一路基頻分支信號對應的鎖相環調整該路基頻分支信號的相位延遲，使得兩路基頻分支信號的相位差為90°/N，其中N為倍頻次數，N為正整數；(3)對經過步驟(2)處理的兩路基頻分支信號分別進行N倍頻，并對各自倍頻后的兩路基頻分支信號進行合成，得到功率合成后的太赫茲信號；(4)利用定向耦合器獲取能夠驅動檢波器的最小功率的太赫茲信號作為反饋檢測信號...

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱忠博，李小軍，譚慶貴，蔣煒，梁棟，竇金芳，曹政，
申請(專利權)人：西安空間無線電技術研究所，
類型：發明
國別省市：陜西;61