本發(fā)明總體上涉及太赫茲波，更特別地，涉及一種基于太赫茲波的氣象探測(cè)器。

背景技術(shù)：

太赫茲，即太拉赫茲，一般指的是100GHz到10THz范圍的頻率，相應(yīng)的波長(zhǎng)為3毫米到30微米，在電磁波譜上介于毫米波與紅外光之間，代表了從量子機(jī)制傳輸理論到經(jīng)典機(jī)制傳輸理論的重要轉(zhuǎn)變。太赫茲波的這一特殊位置決定了其豐富的科學(xué)內(nèi)涵，兼具微波毫米波與紅外可見(jiàn)光兩個(gè)區(qū)域的特性，使得其在許多領(lǐng)域都有重大的應(yīng)用前景。

太赫茲波的重要特性包括穿透性、安全性、寬帶性和相干性等，并且許多小分子的轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷和大分子的集體振動(dòng)躍遷都會(huì)在這個(gè)波段范圍內(nèi)產(chǎn)生明顯的特征吸收峰。在大氣層中存在大量的氧氣分子、一氧化碳分子、水汽、塵埃微粒等，這些物質(zhì)都具有豐富的太赫茲波段指紋信息。同時(shí)，太赫茲波還具有方向性好，穿透性強(qiáng)等特點(diǎn)，能夠穿透云層，因此太赫茲波是理想的氣象探測(cè)信號(hào)源。例如，中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)201510040930.4就公開(kāi)了一種用于測(cè)云的地面太赫茲雷達(dá)系統(tǒng)。

太赫茲波的產(chǎn)生方法一般可分為基于光學(xué)的太赫茲信號(hào)發(fā)生方法和基于電子學(xué)的太赫茲信號(hào)發(fā)生方法?；诠鈱W(xué)的太赫茲信號(hào)發(fā)生方法包括使用自由電子激光器、電光晶體太赫茲脈沖源、瞬時(shí)光電導(dǎo)產(chǎn)生太赫茲電磁脈沖等。尤其是隨著激光相關(guān)領(lǐng)域的進(jìn)展，近年來(lái)已經(jīng)出現(xiàn)了若干基于光學(xué)方法的太赫茲信號(hào)發(fā)生器件。

基于電子學(xué)的太赫茲信號(hào)發(fā)生方法目前主要是使用回波振蕩器(BWO)(也稱為行波管)，其能產(chǎn)生100GHz至1THz的輻射頻率，輸出功率大于10mW，調(diào)諧范圍可達(dá)到中心頻率的30％左右。然而，回波振蕩器的操作需要高電壓和高磁場(chǎng)，因而能耗非常大，并且回波振蕩器的體積較大。因此，這些缺點(diǎn)限制了回波振蕩器的實(shí)際使用。例如，回波振蕩器的這些缺點(diǎn)限制 了其在衛(wèi)星上探測(cè)器方面的應(yīng)用，因?yàn)樾l(wèi)星上優(yōu)選重量輕、體積小、并且能耗低的探測(cè)器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一在于提供一種基于自旋電子學(xué)器件的太赫茲波氣象探測(cè)器，其具有重量輕、體積小、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，因此尤其適合在衛(wèi)星上使用。

根據(jù)本發(fā)明一示范性實(shí)施例，一種太赫茲波氣象探測(cè)器可包括：太赫茲信號(hào)源，包括：自旋微波振蕩器，包括自旋注入層和設(shè)置在所述自旋注入層上的磁進(jìn)動(dòng)層，所述自旋注入層在接收到非自旋極化的電流輸入時(shí)產(chǎn)生自旋極化的電流輸出，所述磁進(jìn)動(dòng)層由磁性導(dǎo)電材料形成，接收來(lái)自所述自旋注入層的自旋極化電流，并且響應(yīng)于該自旋極化電流，所述磁進(jìn)動(dòng)層的磁矩發(fā)生進(jìn)動(dòng)，從而輸出振蕩電信號(hào)；以及倍頻鏈，包括多個(gè)倍頻器形成的鏈路，對(duì)所述自旋微波振蕩器提供的振蕩電信號(hào)進(jìn)行倍頻，從而輸出太赫茲電信號(hào)；收發(fā)天線模塊，包括：輻射天線，接收來(lái)自所述太赫茲信號(hào)源的太赫茲電信號(hào)，并且向外輻射太赫茲波；以及接收天線，接收所述太赫茲波的反射回波，并且將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；以及信號(hào)分析模塊，用于分析所述接收天線提供的電信號(hào)，從而獲得氣象信息。

在一示例中，所述自旋微波振蕩器還包括設(shè)置在所述自旋注入層與所述磁進(jìn)動(dòng)層之間的間隔層，所述間隔層由非磁導(dǎo)電材料或非磁絕緣材料形成。

在一示例中，當(dāng)所述間隔層由磁性導(dǎo)電材料形成時(shí)，所述間隔層的厚度小于其自旋擴(kuò)散長(zhǎng)度。

在一示例中，所述自旋注入層由自旋霍爾效應(yīng)材料或反?；魻栃?yīng)材料形成。所述自旋霍爾效應(yīng)材料包括：Pt、Au、Ta、Pd、Ir、W、Bi、Pb、Hf、Y，以及它們的組合；IrMn、PtMn和AuMn；以及Bi₂Se₃、Bi₂Te₃。所述反?；魻栃?yīng)材料包括：Fe、Co、Ni，以及它們的合金；Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er，以及它們的合金。

在一示例中，所述太赫茲波氣象探測(cè)器還包括設(shè)置在所述自旋微波振蕩器與所述倍頻鏈之間的高通濾波器。

在一示例中，所述多個(gè)倍頻器包括：連接到所述自旋微波振蕩器的至少一個(gè)高次倍頻器，所述高次倍頻器的倍頻系數(shù)大于3；以及連接到所述至少 一個(gè)高次倍頻器的多個(gè)低次倍頻器，所述低次倍頻器的倍頻系數(shù)為2或3。

在一示例中，所述多個(gè)低次倍頻器的個(gè)數(shù)小于等于4。

在一示例中，所述太赫茲波氣象探測(cè)器還包括插入在所述倍頻鏈的多個(gè)倍頻器中的至少一個(gè)鎖相環(huán)。

在一示例中，所述至少一個(gè)鎖相環(huán)插入在所述至少一個(gè)高次倍頻器與所述多個(gè)低次倍頻器之間。

在一示例中，所述太赫茲波氣象探測(cè)器還包括至少一個(gè)功率放大器，其設(shè)置在所述鎖相環(huán)與所述多個(gè)低次倍頻器之間。

附圖說(shuō)明

圖1示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的太赫茲波氣象探測(cè)器的結(jié)構(gòu)框圖。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的可用于圖1的太赫茲波氣象探測(cè)器的太赫茲信號(hào)源的結(jié)構(gòu)框圖。

圖3A示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的可用于圖2的太赫茲信號(hào)源的自旋微波振蕩器的結(jié)構(gòu)框圖。

圖3B示出圖3A的自旋微波振蕩器的操作原理。

圖4示出圖3A的自旋微波振蕩器的輸出信號(hào)的示例。

圖5示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的可用于圖1的太赫茲波氣象探測(cè)器的太赫茲信號(hào)源的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖來(lái)描述本發(fā)明的示范性實(shí)施例。

圖1示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的太赫茲波氣象探測(cè)器100的結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，本實(shí)施例的太赫茲波氣象探測(cè)器100包括太赫茲信號(hào)發(fā)生源110、收發(fā)天線模塊120和太赫茲信號(hào)分析模塊130。

太赫茲信號(hào)源110用于產(chǎn)生太赫茲信號(hào)。在本發(fā)明中，太赫茲信號(hào)源110利用電子學(xué)方法產(chǎn)生太赫茲頻率的電信號(hào)。太赫茲信號(hào)源110的具體結(jié)構(gòu)將在下面進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。太赫茲信號(hào)源110產(chǎn)生的太赫茲電信號(hào)可經(jīng)由同軸電纜輸送到太赫茲波收發(fā)天線模塊120。雖然未示出，但是收發(fā)天線模塊120可包括用于向外輻射太赫茲波的輻射天線和用于接收反射回波的接收天線。收發(fā)天線模塊120利用發(fā)射天線向天空發(fā)射太赫茲波電磁輻射，利 用接收天線接收反射回波，并且將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。如前所述，反射回波可包含有大氣中的各種信息，例如云層信息、水分含量等。收發(fā)天線模塊120將從反射回波轉(zhuǎn)換的電信號(hào)通過(guò)同軸電纜輸送給信號(hào)分析模塊130。信號(hào)分析模塊130對(duì)該信號(hào)進(jìn)行處理和分析，例如可以先對(duì)信號(hào)進(jìn)行下變頻處理，通過(guò)降低頻率來(lái)便于后面對(duì)信號(hào)的其他處理和分析，然后通過(guò)確定吸收峰的頻率和強(qiáng)度，來(lái)得到相應(yīng)的氣象信息。雖然未示出，但是太赫茲信號(hào)源110還可以將其產(chǎn)生的太赫茲信號(hào)或其處理版本提供到信號(hào)分析模塊130以供在分析反射回波信號(hào)時(shí)作為參考。因?yàn)檫@些信號(hào)處理和分析是相關(guān)領(lǐng)域已知的技術(shù)，所以此處不再對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)贅述。

圖2示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的太赫茲信號(hào)源200的結(jié)構(gòu)框圖，該太赫茲信號(hào)源200可用作圖1所示的太赫茲波氣象探測(cè)器100中的太赫茲信號(hào)源110。

如圖2所示，太赫茲信號(hào)發(fā)生器200包括自旋微波振蕩器210和倍頻鏈220。應(yīng)注意，本發(fā)明的自旋微波振蕩器210不同于常規(guī)的晶體振蕩器，其是利用自旋轉(zhuǎn)移力矩(STT)效應(yīng)的磁性多層膜結(jié)構(gòu)，能夠輸出比常規(guī)的晶體振蕩器頻率高得多的振蕩信號(hào)。自旋微波振蕩器210的具體結(jié)構(gòu)將在下面進(jìn)一步詳細(xì)描述。自旋微波振蕩器210輸出的振蕩信號(hào)可經(jīng)由倍頻鏈220上變頻到太赫茲的范圍。在一些實(shí)施例中，太赫茲信號(hào)發(fā)生器200還可以包括鎖相環(huán)230和可選的功率放大器等。

圖3A示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的自旋微波振蕩器300的結(jié)構(gòu)框圖，該自旋微波振蕩器300可用作圖2的太赫茲信號(hào)源200中的自旋微波振蕩器210。圖3B示出圖3A的自旋微波振蕩器300中的多層膜結(jié)構(gòu)310的操作原理。

如圖3A所示，自旋微波振蕩器300的核心部件是多層膜結(jié)構(gòu)310，其可包括自旋注入層312、間隔層314和磁進(jìn)動(dòng)層316。

自旋注入層312由能產(chǎn)生自旋電流的材料產(chǎn)生。眾所周知，電子具有自旋屬性，例如可分為自旋向上的電子和自旋向下的電子。在普通電流中，自旋向上的電子和自旋向下的電子大約各占一半，因此普通電流是非極化的。當(dāng)非自旋極化的電流經(jīng)過(guò)自旋注入層312時(shí)，其將轉(zhuǎn)變成自旋極化的電流，從而可以將自旋極化的電流注入到將在后面描述的磁進(jìn)動(dòng)層316中。這樣的自旋注入層312可以由自旋霍爾效應(yīng)(SHE)材料或反?；魻栃?yīng)(AHE) 材料形成。自旋霍爾效應(yīng)材料的示例包括但不限于諸如Pt、Au、Ta、Pd、Ir、W、Bi、Pb、Hf、Y、以及它們的組合之類的非磁金屬材料；諸如IrMn、PtMn和AuMn之類的反鐵磁材料；以及諸如Bi₂Se₃、Bi₂Te₃之類的拓?fù)浣^緣體材料等。反?；魻栃?yīng)材料的示例包括但不限于諸如Fe、Co、Ni之類的鐵磁金屬，諸如Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er之類的稀土材料，以及這些鐵磁金屬和稀土材料的任意組合等。在一些優(yōu)選實(shí)施例中，自旋注入層112可由諸如Fe、Co、Ni、CoFe、NiFe之類的鐵磁金屬或合金形成。

在自旋注入層312由磁材料形成的實(shí)施例中，優(yōu)選地，自旋注入層312的磁矩被固定。在一些實(shí)施例中，自旋注入層312的磁矩可以采用自釘扎方式而被固定。例如，自旋注入層312本身可以采用具有較大矯頑力的硬磁材料形成?；蛘?，自旋注入層312的磁矩可以采用釘扎結(jié)構(gòu)而被固定。例如，可以在自旋注入層312的與間隔層314相反的一側(cè)形成反鐵磁釘扎層來(lái)固定自旋注入層312的磁矩。

間隔層314可由非磁導(dǎo)電材料或非磁絕緣材料形成。當(dāng)自旋注入層312由磁性材料形成時(shí)，間隔層314是必要的，其將自旋注入層312與磁進(jìn)動(dòng)層316彼此磁去耦。當(dāng)自旋注入層312由非磁材料形成時(shí)，間隔層314是可選的。也就是說(shuō)，可以在自旋注入層312和磁進(jìn)動(dòng)層316之間形成間隔層314，也可以在二者之間不形成任何層，使得自旋注入層312和磁進(jìn)動(dòng)層316彼此直接接觸。

當(dāng)間隔層314由非磁導(dǎo)電材料形成時(shí)，自旋注入層312中的自旋極化電流可經(jīng)過(guò)間隔層314到達(dá)磁進(jìn)動(dòng)層316。為了保持自旋極化電流的自旋極化屬性，間隔層314的厚度應(yīng)不超過(guò)其自旋擴(kuò)散長(zhǎng)度?？捎糜谛纬砷g隔層314的非磁導(dǎo)電材料的示例包括但不限于Cu、Ru、Ag、Au、Pt、Cr、Al、Zn、Pd、Zr、Ti、Sc等。在一些實(shí)施例中，間隔層314優(yōu)選由自旋擴(kuò)散長(zhǎng)度較長(zhǎng)的材料形成，例如但不限于Cu、Ru等。當(dāng)間隔層314由非磁絕緣材料形成時(shí)，自旋注入層312中的自旋極化電流可隧穿經(jīng)過(guò)間隔層314而到達(dá)磁進(jìn)動(dòng)層316。隧穿電流不會(huì)受到非彈性散射，因而可保持其自旋極化屬性?？捎糜谛纬砷g隔層314的非磁絕緣材料的示例包括但不限于MgO、Al₂O₃、AlN、Ta₂O₅、HfO₂等等。

磁進(jìn)動(dòng)層316由磁性導(dǎo)電材料形成，其可以具有面內(nèi)磁化，也可以具有垂直磁化。當(dāng)來(lái)自自旋注入層312的自旋極化電流進(jìn)入磁進(jìn)動(dòng)層316時(shí)，如 圖3B所示，其將對(duì)磁進(jìn)動(dòng)層316的磁矩施加一個(gè)自旋轉(zhuǎn)移力矩。如果這個(gè)自旋轉(zhuǎn)移力矩不足以使磁進(jìn)動(dòng)層316的磁矩發(fā)生翻轉(zhuǎn)，則在該自旋轉(zhuǎn)移力矩和矯頑力的作用下，磁進(jìn)動(dòng)層316的磁矩將繞原磁化方向產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)。磁進(jìn)動(dòng)層316的進(jìn)動(dòng)頻率f可以由下面的公式1確定：

其中γ是回磁比，H是外磁場(chǎng)，H_an是磁晶各向異性場(chǎng)，H_d是退磁場(chǎng)，M_eff是有效飽和磁化強(qiáng)度。由于多層膜結(jié)構(gòu)310的電阻大體上與磁進(jìn)動(dòng)層316的磁化方向角度的余弦成比例，因此，隨著磁進(jìn)動(dòng)層316的磁矩的進(jìn)動(dòng)，多層膜結(jié)構(gòu)310的電阻也將發(fā)生振蕩變化。特別地，當(dāng)磁進(jìn)動(dòng)層316的磁矩進(jìn)動(dòng)半圈，即180度時(shí)，多層膜結(jié)構(gòu)310的電阻就變化一個(gè)周期。所以，多層膜結(jié)構(gòu)110輸出的振蕩信號(hào)的頻率是磁進(jìn)動(dòng)層316的磁矩進(jìn)動(dòng)頻率的2倍。

繼續(xù)參照?qǐng)D3A，如上所述，當(dāng)向多層膜結(jié)構(gòu)310施加一個(gè)直流電流I_dc時(shí)，其將在輸出端子OUT上輸出一個(gè)高頻振蕩信號(hào)。在輸出端子OUT與多層膜結(jié)構(gòu)310之間還可以連接有一個(gè)高通濾波器320，例如其可以是電容器濾波器，以濾除輸出信號(hào)的直流成分，而輸出交流成分。

根據(jù)上面的公式1，多層膜結(jié)構(gòu)310的輸出頻率可因磁進(jìn)動(dòng)層316的材料而有所不同。一般而言，當(dāng)磁進(jìn)動(dòng)層316由軟磁材料形成時(shí)，多層膜結(jié)構(gòu)310的輸出頻率可以容易地達(dá)到1GHz以上，甚至能達(dá)到數(shù)十GHz的水平。當(dāng)磁進(jìn)動(dòng)層316由硬磁材料形成時(shí)，由于硬磁材料比軟磁材料具有更大的磁晶各向異性場(chǎng)Han，因此能容易地實(shí)現(xiàn)10GHz以上的輸出頻率，甚至能輸出高達(dá)大約50GHz頻率的信號(hào)。也就是說(shuō)，多層膜結(jié)構(gòu)310可以直接產(chǎn)生微波頻率水平的振蕩信號(hào)輸出，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)的晶體振蕩器的輸出頻率。當(dāng)將多層膜結(jié)構(gòu)310用作太赫茲信號(hào)源時(shí)，可以避免使用復(fù)雜的頻率合成技術(shù)，而以更簡(jiǎn)單的電路實(shí)現(xiàn)太赫茲水平的輸出。

磁性多層膜結(jié)構(gòu)310的另一特性在于其輸出頻率是可調(diào)諧的。具體而言，磁性多層膜結(jié)構(gòu)310的輸出頻率可隨其偏置電壓或電流的大小而發(fā)生變化。因此，可通過(guò)改變磁性多層膜結(jié)構(gòu)310的偏置電壓或電流的大小來(lái)在一定范圍內(nèi)對(duì)磁性多層膜結(jié)構(gòu)310的輸出頻率進(jìn)行調(diào)諧。

返回參照?qǐng)D2，自旋微波振蕩器210(其可包括例如圖3A所示的自旋微波振蕩器300)輸出的振蕩信號(hào)可被提供給倍頻鏈220。倍頻鏈220可包括 連接到自旋微波振蕩器210的一級(jí)高次倍頻器222，高次倍頻器222的倍頻系數(shù)可以為M，其中M大于3。雖然自旋微波振蕩器210的輸出頻率相對(duì)于傳統(tǒng)的晶體振蕩器而言是非常高的，但是其相對(duì)于太赫茲而言尚是低的。因此，可以將自旋微波振蕩器210的輸出直接連接到一級(jí)高次倍頻器222以實(shí)現(xiàn)高的倍頻效率。在一些示范性實(shí)施例中，高次倍頻器222的倍頻系數(shù)M可以為4、5、6、7、8、9、10或更高。優(yōu)選地，高次倍頻器222的倍頻系數(shù)M可以為6、8、10等。

當(dāng)倍頻器的倍頻系數(shù)越高時(shí)，其倍頻噪聲就越大。另一方面，倍頻鏈的級(jí)數(shù)越高時(shí)，倍頻噪聲也越大。這兩方面所引起的倍頻噪聲都限制了倍頻鏈的最終倍頻倍數(shù)。在圖2所示的實(shí)施例中，在倍頻鏈220中還插入有鎖相環(huán)(PLL)230。鎖相環(huán)230可以將信號(hào)頻率鎖定到所需頻率，例如信號(hào)強(qiáng)度最大的主頻率，消除大量的諧波噪聲，提高信號(hào)的穩(wěn)定性。在一些實(shí)施例中，如圖2所示，鎖相環(huán)230可以直接跟隨在倍頻鏈220中的高次倍頻器222后面，因?yàn)樽孕⒉ㄕ袷幤?10的輸出本身可能含有較多噪聲，而高次倍頻器222又會(huì)引入較多倍頻噪聲。通過(guò)將鎖相環(huán)230直接設(shè)置在高次倍頻器222后面，可以有效地消除噪聲，為后面的工作在高頻率范圍的倍頻器提供良好的輸入，從而可提高倍頻鏈220的總級(jí)數(shù)。

在一些實(shí)施例中，還可以將高次倍頻器222和鎖相環(huán)230實(shí)現(xiàn)為一個(gè)器件，從而同時(shí)實(shí)現(xiàn)鎖相和倍頻的功能。這樣的鎖相倍頻器在本領(lǐng)域是已知的，此處不再贅述。

倍頻鏈220還可包括設(shè)置在鎖相環(huán)230后面的多個(gè)低次倍頻器，例如低次倍頻器224、226和228。在圖2所示的示例中，低次倍頻器224、226和228每個(gè)的倍頻系數(shù)為N，其中N可以為例如2或3。應(yīng)理解，低次倍頻器224、226和228的倍頻系數(shù)可以彼此相同，也可以彼此不同。此外，雖然圖2示出了在鎖相環(huán)230后面設(shè)置有三個(gè)低次倍頻器224、226和228，但是倍頻鏈220也可以包括設(shè)置在鎖相環(huán)230后面的其他數(shù)目的低次倍頻器，例如1個(gè)低次倍頻器、2個(gè)低次倍頻器、4個(gè)低次倍頻器等。優(yōu)選地，設(shè)置在鎖相環(huán)230后面的低次倍頻器的數(shù)目不超過(guò)4個(gè)。低次倍頻器224、226和228相對(duì)于高次倍頻器222而言工作在更高的頻率范圍，例如它們可采用“太赫茲固態(tài)電子器件和電路”(《空間電子技術(shù)》，2013年第4期，第48至55頁(yè))中所描述的倍頻器。由于太赫茲信號(hào)發(fā)生器200采用了自旋微波振蕩器210 作為振蕩信號(hào)源，其本身能產(chǎn)生頻率高達(dá)1GHz至50GHz的高頻信號(hào)，因此太赫茲信號(hào)發(fā)生器200能通過(guò)更簡(jiǎn)單的倍頻電路即可實(shí)現(xiàn)太赫茲信號(hào)的輸出。

圖4示出根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的多層膜結(jié)構(gòu)310的輸出信號(hào)的示例。在該示例中，多層膜結(jié)構(gòu)310的各個(gè)層的具體材料和厚度可以如下面所示：SiO₂/Pt(8nm)/IrMn(12nm)/CoFe(4nm)/MgO(1.8nm)/Co(4nm)/Ta(6nm)。在該結(jié)構(gòu)中，Pt層用作緩沖層，為上面的IrMn反鐵磁釘扎層提供良好的生長(zhǎng)表面。CoFe層用作自旋注入層312，其磁矩被其下的IrMn反鐵磁釘扎層固定。MgO層用作間隔層314，軟磁材料Co層用于形成磁進(jìn)動(dòng)層316。如圖4所示，該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了大約3.1GHz的輸出頻率。

在將該信號(hào)應(yīng)用到圖2所示的太赫茲信號(hào)發(fā)生器200中時(shí)，可以如下設(shè)置太赫茲信號(hào)發(fā)生器200的參數(shù)。例如，一級(jí)高次倍頻器222的倍頻系數(shù)M可設(shè)置為6，低次倍頻器224、226和228的倍頻系數(shù)可以分別設(shè)置為3、2和2。從而，太赫茲信號(hào)發(fā)生器200可輸出大約223.2GHz的信號(hào)。此外，還可以通過(guò)調(diào)節(jié)多層膜結(jié)構(gòu)310的偏置電流或電壓，使得最終輸出信號(hào)可以在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。

圖5示出根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的太赫茲信號(hào)發(fā)生器400。在圖5所示的太赫茲信號(hào)發(fā)生器400中，與圖2所示的太赫茲信號(hào)發(fā)生器200相同的元件用相同的附圖標(biāo)記表示，此處將省略對(duì)其的重復(fù)描述。

首先返回參照?qǐng)D2，在太赫茲信號(hào)發(fā)生器200中可能遇到的一個(gè)問(wèn)題是，信號(hào)功率太低，因此不能被連續(xù)倍頻。這是因?yàn)楸额l器的效率可能不高，導(dǎo)致在倍頻過(guò)程中隨著信號(hào)頻率增大而信號(hào)功率降低，這甚至?xí)?dǎo)致后面的倍頻器級(jí)不能正常工作。為了解決該問(wèn)題，在圖5所示的實(shí)施例中，還在倍頻鏈220中插入有功率放大器410。

應(yīng)注意，在數(shù)百GHz頻率處的功率放大是困難的。因此，優(yōu)選地，功率放大器410設(shè)置在低次倍頻器鏈224、226、228之前，例如插入在倍頻鏈220中的高次倍頻器222與低次倍頻器鏈224、226、228之間。在圖5所示的實(shí)施例中，功率放大器410插入在鎖相環(huán)230和倍頻器224之間。因此，功率放大器410能針對(duì)鎖相環(huán)230輸出的特定頻率的信號(hào)進(jìn)行功率放大操作，這有利于針對(duì)該特定頻率來(lái)優(yōu)化功率放大器410，從而提高放大效率。

與傳統(tǒng)的基于回波振蕩器的太赫茲波氣象探測(cè)器(例如發(fā)明專利申請(qǐng)201510040930.4公開(kāi)的探測(cè)器)相比，本發(fā)明的太赫茲波氣象探測(cè)器可實(shí)現(xiàn) 更小的體積、更輕的重量和更低的功耗。這是因?yàn)楸景l(fā)明采用的用于產(chǎn)生初始振蕩信號(hào)的磁性多層膜可以具有非常小的尺寸。例如，磁性多層膜的平面尺寸一般為微米的量級(jí)，典型地在1-50微米的范圍，而磁性多層膜中的每個(gè)層的厚度一般在納米的量級(jí)，進(jìn)而磁性多層膜的功耗非常低。此外，本發(fā)明的探測(cè)器中使用的倍頻鏈、鎖相環(huán)、功率放大器等部件都可以以集成電路實(shí)現(xiàn)，因此整體上可具有非常小的體積。鑒于上述原因，本發(fā)明的太赫茲波氣象探測(cè)器除了可以在地面使用外，還非常適合于在例如衛(wèi)星上使用。

雖然上面參照示范性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本發(fā)明不限于這些特定實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀了本公開(kāi)之后將會(huì)容易地意識(shí)到，在不脫離本發(fā)明的范圍和思想的情況下，可以進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種變化和修改。本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求及其等價(jià)物來(lái)定義。