【技術實現步驟摘要】
本申請屬于太赫茲檢測領域，特別涉及一種超高頻率太赫茲波段信號發射系統。
技術介紹
1、太赫茲波能夠穿透多種介電材料和非極性材料，實現對不透明物體內部的高分辨成像。同時，太赫茲光子能量低，不會對被測樣品及人體產生損傷。
2、太赫茲成像的基本原理如圖1所示，包括太赫茲源、太赫茲發射天線、目標、太赫茲接收天線、探測器、信號處理和顯示器。太赫茲源通過太赫茲發射天線輸出太赫茲波照射目標，目標反射或者透射的太赫茲波通過太赫茲接收天線的匯聚、收集進入探測器，經過信號處理后最終通過顯示器顯示出目標的像。在進行金屬表面的太赫茲成像時，由于太赫茲波無法穿透，只能選取反射式的成像方式。
3、進行金屬表面的裂紋檢測時，經過試驗表明，當頻率超過430ghz時，即可從成像結果中判斷出20μm缺陷的位置，但是由于空間分辨率較低，缺陷的邊界并不清晰；隨著頻率升高，缺陷的邊界逐漸清晰。但當頻率超過1.5thz時，由于發射源信號急劇減弱，信噪比惡化，反而不能有效地識別出缺陷的位置。
4、由于tds探測器輸入功率和輸出電壓之間成正比關系，通過對原始數據進行讀取，可以近似計算出缺陷的反射率為78%；當選擇工作頻率為500ghz時，其焦斑面積約為0.1mm2，對于0.02mm×1mm缺陷，其占比為1/5。相比于完整目標，帶有缺陷的目標能夠反射的能量約占95.6%。因此，合理設計探測器的輻射分辨率，可檢測出缺陷位置；同理，當工作頻率為1thz時，帶有缺陷的目標能夠反射的能量約占85.3%。
5、因此目前能夠準確方便地實現金屬
6、因此如何對金屬表面的缺陷進行有效的太赫茲檢測是一個需要解決的問題。
技術實現思路
1、本申請的目的是提供了一種超高頻率太赫茲波段信號發射系統，以解決現有技術中難以實現超高頻率的太赫茲波段信號發射、也即是無法實現對金屬表面的缺陷進行有效探測的問題。
2、本申請的技術方案是：一種超高頻率太赫茲波段信號發射系統，包括大功率源、二次倍頻器、三次倍頻器和第一放大器；進行500ghz的電路級聯時，大功率源經×2×3×2×3共36次倍頻來實現；對于1thz的電路級聯時，大功率源經×2×3×2×2×3共72次倍頻來實現；其中2為二次倍頻器，3為三次倍頻器，所述大功率源的輸出端與第一放大器相連，所述第一放大器的輸出端與二次倍頻器相連，位于最后端的二次倍頻器與三次倍頻器相連，二次倍頻器根據輸出的頻率不同設置兩組或三組，當進行500ghz的電路級聯時，設置兩組二次倍頻器；當進行1thz的電路級聯時，設置三組二次倍頻器；當進行1thz的電路級聯時，其中兩組二次倍頻器并聯設置，與最后一組二次倍頻器串聯；當進行500ghz的電路級聯時，兩組二次倍頻器并聯設置。
3、優選地，所述大功率源包括信號源、第一濾波器、第二放大器和功率合成模塊，所述信號源的輸入信號為微波信號，輸入信號經過6倍放大后進入到第一濾波器內進行濾波；所述第一濾波器的輸出端與第二放大器相連，所述第二放大器的輸出端與功率合成模塊相連，所述功率合成模塊對信號源的輸入信號進行再次的功率放大。
4、優選地，所述功率合成模塊包括一級功分器、二級功分器、第三放大器、一級功率合成器和二級功率合成器；所述第二放大器的輸出端與一級功分器相連，所述二級功分器共有兩組并均與一級功分器的輸出端相連，兩組二級功分器并聯設置，輸入信號經過一級功分器后將功率拆分成相同的兩份并分別輸入至兩組二級功分器內；所述第三放大器共有四組并設于二級功分器的輸出端，四組所述第三放大器兩兩一組，每兩組第三放大器與一組二級功分器的輸出端相連，并且與同一二級功分器相連的兩組第三放大器均并聯設置，所述二級功分器在接收到輸入信號后再次將功率拆分成相同的兩份并輸入至相連的兩組第三放大器內；
5、所述一級功率合成器共有兩組并分別連接于兩兩并聯的四組第三放大器的輸出端，兩組一級功率合成器同樣并聯設置，所述二級功率合成器與兩組一級功率合成器的輸出端相連。
6、優選地，所述三次倍頻器包括第一輸入探針、第一輸出探針、第一二極管芯片、第二濾波器和第一輸出轉換結構；所述第一輸入探針的輸出端與第一輸出轉換結構相連，所述第一二極管芯片的輸出端與第一輸出探針相連，所述第二濾波器的輸出端與第一二極管芯片相連；所述第一二極管芯片共有兩個并且兩個第一二極管芯片并聯安裝在位于波導結構中的電路上，所述第一輸出轉換結構采用懸置微帶-波導過渡結構，內涵懸置微帶電路和一個矩形波導；所述第一二極管芯片的一端焊盤與微帶電路連接，另一端則與腔體連接構成射頻/直流地；基頻信號經第一輸入探針耦合進入懸置微帶電路，在第一二極管芯片處產生高次諧波，而后第一輸出探針將所需的三次諧波耦合至矩形波導輸出。
7、優選地，所述二次倍頻器包括第二輸入探針、第二輸出探針、第二二極管芯片、直流濾波器和第二輸出轉換結構，所述第二輸入探針的輸出端與第二輸出轉換結構相連，所述第二二極管芯片的輸出端與第二輸出探針相連，所述直流濾波器的輸出端與第二二極管芯片相連；所述第二二極管芯片共有兩個并且兩個第二二極管芯片反向串聯安裝在具有矩形波導的電路上；設置外加偏置電路通過金絲與直流濾波器相連，第二輸出轉換結構采用懸置微帶-波導過渡結構，內涵懸置微帶電路和一個矩形波導；輸入矩形波導中的信號饋入到第二二極管芯片中，相應產生的二次諧波會沿著懸置微帶電路，經匹配、耦合電路后從另一端的標準矩形波導中輸出。
8、優選地，所述第一輸入探針、第一輸出探針、第二輸入探針和第二輸出探針均選用e面探針；微帶電路選用石英電路。
9、優選地，所述二次倍頻器和三次倍頻器內的二極管均采用肖特基二極管；肖特基二極管介質基底為gaas層，厚度為30?μm；肖特基二極管內陽極焊盤通過空氣橋手指與陰極相連形成歐姆接觸。
10、本申請的超高頻率太赫茲波段信號發射系統，通過固態半導體器件、基于固態倍頻電路級聯的方式實現，選用二次倍頻器和三次倍頻器對大功率源信號進行多次放大以達到所需頻率的太赫茲波要求，并通過二次倍頻器的并聯設置，減少噪聲和性能損耗，結構相對緊湊，并且可以在室溫環境下工作。
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1.一種超高頻率太赫茲波段信號發射系統，其特征在于：包括大功率源(1)、二次倍頻器(2)、三次倍頻器(3)和第一放大器(4)；進行500GHz的電路級聯時，大功率源(1)經×2×3×2×3共36次倍頻來實現；對于1THz的電路級聯時，大功率源(1)經×2×3×2×2×3共72次倍頻來實現；其中2為二次倍頻器(2)，3為三次倍頻器(3)，所述大功率源(1)的輸出端與第一放大器(4)相連，所述第一放大器(4)的輸出端與二次倍頻器(2)相連，位于最后端的二次倍頻器(2)與三次倍頻器(3)相連，二次倍頻器(2)根據輸出的頻率不同設置兩組或三組，當進行500GHz的電路級聯時，設置兩組二次倍頻器(2)；當進行1THz的電路級聯時，設置三組二次倍頻器(2)；當進行1THz的電路級聯時，其中兩組二次倍頻器(2)并聯設置，與最后一組二次倍頻器(2)串聯；當進行500GHz的電路級聯時，兩組二次倍頻器(2)并聯設置。
2.如權利要求1所述的超高頻率太赫茲波段信號發射系統，其特征在于：所述大功率源(1)包括信號源(5)、第一濾波器(6)、第二放大器(7)和功率合成模塊，所述信號源(5)的
3.如權利要求2所述的超高頻率太赫茲波段信號發射系統，其特征在于：所述功率合成模塊包括一級功分器(8)、二級功分器(9)、第三放大器(10)、一級功率合成器(11)和二級功率合成器(12)；所述第二放大器(7)的輸出端與一級功分器(8)相連，所述二級功分器(9)共有兩組并均與一級功分器(8)的輸出端相連，兩組二級功分器(9)并聯設置，輸入信號經過一級功分器(8)后將功率拆分成相同的兩份并分別輸入至兩組二級功分器(9)內；所述第三放大器(10)共有四組并設于二級功分器(9)的輸出端，四組所述第三放大器(10)兩兩一組，每兩組第三放大器(10)與一組二級功分器(9)的輸出端相連，并且與同一二級功分器(9)相連的兩組第三放大器(10)均并聯設置，所述二級功分器(9)在接收到輸入信號后再次將功率拆分成相同的兩份并輸入至相連的兩組第三放大器(10)內；
4.如權利要求1所述的超高頻率太赫茲波段信號發射系統，其特征在于：所述三次倍頻器(3)包括第一輸入探針(13)、第一輸出探針(14)、第一二極管芯片(15)、第二濾波器(16)和第一輸出轉換結構(17)；所述第一輸入探針(13)的輸出端與第一輸出轉換結構(17)相連，所述第一二極管芯片(15)的輸出端與第一輸出探針(14)相連，所述第二濾波器(16)的輸出端與第一二極管芯片(15)相連；所述第一二極管芯片(15)共有兩個并且兩個第一二極管芯片(15)并聯安裝在位于波導結構中的電路上，所述第一輸出轉換結構(17)采用懸置微帶-波導過渡結構，內涵懸置微帶電路和一個矩形波導；所述第一二極管芯片(15)的一端焊盤與微帶電路連接，另一端則與腔體連接構成射頻/直流地；基頻信號經第一輸入探針(13)耦合進入懸置微帶電路，在第一二極管芯片(15)處產生高次諧波，而后第一輸出探針(14)將所需的三次諧波耦合至矩形波導輸出。
5.如權利要求4所述的超高頻率太赫茲波段信號發射系統，其特征在于：
6.如權利要求5所述的超高頻率太赫茲波段信號發射系統，其特征在于：所述第一輸入探針(13)、第一輸出探針(14)、第二輸入探針(18)和第二輸出探針(19)均選用E面探針；微帶電路選用石英電路。
7.如權利要求5所述的超高頻率太赫茲波段信號發射系統，其特征在于：所述二次倍頻器(2)和三次倍頻器(3)內的二極管均采用肖特基二極管；肖特基二極管介質基底為GaAs層，厚度為30?μm；肖特基二極管內陽極焊盤通過空氣橋手指與陰極相連形成歐姆接觸。
...【技術特征摘要】
1.一種超高頻率太赫茲波段信號發射系統，其特征在于：包括大功率源(1)、二次倍頻器(2)、三次倍頻器(3)和第一放大器(4)；進行500ghz的電路級聯時，大功率源(1)經×2×3×2×3共36次倍頻來實現；對于1thz的電路級聯時，大功率源(1)經×2×3×2×2×3共72次倍頻來實現；其中2為二次倍頻器(2)，3為三次倍頻器(3)，所述大功率源(1)的輸出端與第一放大器(4)相連，所述第一放大器(4)的輸出端與二次倍頻器(2)相連，位于最后端的二次倍頻器(2)與三次倍頻器(3)相連，二次倍頻器(2)根據輸出的頻率不同設置兩組或三組，當進行500ghz的電路級聯時，設置兩組二次倍頻器(2)；當進行1thz的電路級聯時，設置三組二次倍頻器(2)；當進行1thz的電路級聯時，其中兩組二次倍頻器(2)并聯設置，與最后一組二次倍頻器(2)串聯；當進行500ghz的電路級聯時，兩組二次倍頻器(2)并聯設置。
2.如權利要求1所述的超高頻率太赫茲波段信號發射系統，其特征在于：所述大功率源(1)包括信號源(5)、第一濾波器(6)、第二放大器(7)和功率合成模塊，所述信號源(5)的輸入信號為微波信號，輸入信號經過6倍放大后進入到第一濾波器(6)內進行濾波；所述第一濾波器(6)的輸出端與第二放大器(7)相連，所述第二放大器(7)的輸出端與功率合成模塊相連，所述功率合成模塊對信號源(5)的輸入信號進行再次的功率放大。
3.如權利要求2所述的超高頻率太赫茲波段信號發射系統，其特征在于：所述功率合成模塊包括一級功分器(8)、二級功分器(9)、第三放大器(10)、一級功率合成器(11)和二級功率合成器(12)；所述第二放大器(7)的輸出端與一級功分器(8)相連，所述二級功分器(9)共有兩組并均與一級功分器(8)的輸出端相連，兩組二級功分器(9)并聯設置，輸入信號經過一級功分器(8)后將功率拆分成相同的兩份并分別輸入至兩組二級功分器(9)內；所述第三放大器(10...
【專利技術屬性】
技術研發人員：宋和福，武胤，齊特，孫偉，王喜生，王翠花，王金亮，趙迪，王欣穎，
申請(專利權)人：吉林航空維修有限責任公司，
類型：發明
國別省市：
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