專利名稱：長周期超短脈沖亞毫米波測頻方法
技術領域：
本發(fā)明屬于亞毫米波測量技術領域。
亞毫米波段(300GHz～3000GHz)連續(xù)波的頻率測量早已有一些方法。用超導交流約瑟夫森效應可以直接測量頻率，即f=2ehV=483597.9V]]>這里，f是照射約瑟夫森結的頻率，單位GHz；V是電流—電壓特性曲線上感應臺階的電壓，單位V。這種方法具有頻帶寬、靈敏度高和線性度好等優(yōu)點，所以人們總是希望用超導交流約瑟夫森效應去直接測量長周期超短脈亞毫米波的頻率。但是，對于脈沖持續(xù)時間很短、重復周期長的亞毫米波的頻率，不采取特殊方法用超導交流約瑟夫森效應是很難測到頻率的。因為上述亞毫米波信號頻譜密度很高，相鄰頻率之間的頻率差很小，各相鄰頻率幅度差別也很小，不可能直接用交流約瑟夫森結的感應臺階電壓去決定其頻率。所以，長周期超短脈沖亞毫米波信號的頻率測量至今還沒有找到一種有效的方法。
本發(fā)明的目的是提供一種用超導交流約瑟夫森效應直接測量長周期超短脈沖亞毫米波頻率的方法，它能有效地測量出長周期超短脈沖亞毫米段的頻率。
本發(fā)明的目的是由以下兩種技術方案實現(xiàn)的。第一種技術方案將長周期超短脈沖亞毫米波信號先通過超導匹配濾波器，用超導匹配濾波器將長周期超短脈沖亞毫米波信號頻譜中的被測頻率幅度加權，使其幅度明顯大于相鄰其它頻率的幅度，再用限幅器只讓已經(jīng)過加權處理的被測信號頻率作用在超導約瑟夫森結上測頻。對這種信號頻譜中的亞毫米波信號頻率的幅度加權，得到這種信號頻譜中的亞毫米波信號頻率的幅度更加大于相鄰其它頻率的幅度。用限幅器得到只剩下這種亞毫米波信號頻率作用在超導約瑟夫森結上，在該結的電流—電壓特性曲線上就只剩下被測頻率的感應臺階，其它感應臺階看不到(或小得多)。測量感應臺階電壓，用 定出被測頻率。超導濾波器Q值高，可實現(xiàn)窄帶濾波。超導體具有低損耗和低色散特性，超導匹配濾波器適合超短脈沖信號傳輸。用損耗較大和色散特性差的正常金屬(例如銅、金等)該方案不適用。
第二種技術方案保持原長周期超短脈沖亞毫米波信號的脈沖寬度不變，縮短脈沖重復周期，獲得變疏的頻譜密度。當頻譜密度疏到一定程度(即相鄰譜線之間的頻率差較大)時，將這種相鄰譜線之差較大的信號作用在超導約瑟夫森結上，就可以在其電流—電壓特性曲線上明顯區(qū)分出原長周期超短脈沖亞毫米波頻率的感應臺階，測量此感應臺階的電壓即可由 定出被測頻率。縮短脈沖重復周期的方法是用超導約瑟夫森結開關(開關時間約2ps)來控制長周期超短脈沖亞毫米波信號中的單個脈沖的有序傳輸，即用原長周期超短脈沖信號同步觸發(fā)接在超導延遲線的每一個抽頭上的超導約瑟夫森開關，讓t1時刻接通第一個抽頭處的開關傳輸?shù)谝粋€脈沖并使其延遲時間最長，t2時刻接通第2個抽頭處的開關傳輸?shù)?個脈沖并使其延遲時間比t1時刻傳輸?shù)谝粋€脈沖的延遲時間短一個預定的短脈沖重復周期時間，第三個脈沖延遲比第二個短一個預定的短脈沖重復周期時間，以此類推。
第三種技術方案將第二方案中縮短重復周期的信號進行第一方案中的幅度加權處理，再作用在超導約瑟夫森結上實現(xiàn)測頻。
本發(fā)明的實施例如下第一種技術方案一個20ps脈寬，770ps周期、600GHz頻率的亞毫米波信號，其頻譜上相鄰頻率幅度的相對差值是2.9×10-5，權重10，就可以用限幅器取出作用在約瑟夫森結上的有用信號。
第二種技術方案用原長周期超短脈沖信號同步觸發(fā)超導約瑟夫森開關，讓t1時刻的第一個脈沖經(jīng)過傳輸線的延遲時間為T1，t2時刻的第二個脈沖經(jīng)過傳輸線的延遲時間T2比t1時刻的第一個脈沖的延遲時間短一個預定的短重復周期時間Ta，即T2＝T1-Ta，以此類推。傳輸線用超導抽頭延遲線來實現(xiàn)，延遲n個超短脈沖，就在超導延遲線上抽n個頭，每個抽頭上與用上述原信號同步觸發(fā)的超導約瑟夫森開關連接。
一個20ps脈寬、770ps周期、600GHz頻率的亞毫米波信號，其頻譜上相鄰譜線之間的頻差約1.3GHz、相應的約瑟夫森感應臺階電壓約2.7μV。將原770ps周期縮短到100ps周期，20ps脈寬不變，相鄰譜線之間的頻差約12.5GHz，相應的約瑟夫森感應臺階電壓約26mV，這樣就很容易區(qū)分出各感應臺階所對應的頻率。
綜合技術方案將第二方案中相鄰譜線之間頻差約12.5GHz的100ps期20ps脈寬的信號經(jīng)過第一方案的幅度加權處理，將得到相鄰譜線之間一個幅度差異大、頻差大的新的頻譜，這個新的頻譜的超短脈沖亞毫米波信號作用在約瑟夫森結上可以實現(xiàn)更佳的測頻效果。
權利要求
1.一種長周期超短脈沖亞毫米波測頻方法，主要利用超導匹配濾波技術和超導約瑟夫森效應，其特征在于用超導匹配濾波器將長周期超短脈沖亞毫米波信號頻譜中的被測頻率幅度加權，使其幅度明顯大于相鄰其它頻率的幅度，再用限幅器只讓已經(jīng)過加權處理的被測信號頻率作用在超導約瑟夫森結上測頻。
2.一種長周期超短脈沖亞毫米波測頻方法，主要利用超導抽頭延遲線、超導約氏開關和超導約瑟夫森交流效應等技術，其特征在于保持原長周期超短脈沖亞毫米波信號的脈沖寬度不變，縮短脈沖重復周期，獲得變疏的頻譜密度，并以此作用在約瑟夫森結上測頻。
3.根據(jù)權利要求2所述的長周期超短脈沖亞毫米波的測頻方法，其特征在于用原長周期超短脈沖信號同步觸發(fā)接在超導延遲線的每一個抽頭上的超導約瑟夫森開關，t1時接通第一個抽頭處的開關傳輸?shù)谝粋€脈沖并使其延遲時間最長，t2時刻接通第2個抽頭處的開關傳輸?shù)?個脈沖并使其延遲時間比t1時刻傳輸?shù)谝粋€脈沖的延遲時間短一個預定的短脈沖重復周期時間，第三個脈沖延遲比第二個短一個預定的短脈沖重復周期時間，以此類推。
4.權利要求2所述的長周期超短脈沖亞毫米波的測頻方法，其特征在于變疏頻譜密度的亞毫米波信號通過權利要求1所述的幅度加權并限幅處理后作用在超導約瑟夫森結上測頻。
全文摘要
本發(fā)明涉及亞毫米波測量技術領域。用現(xiàn)有的亞毫米波段連續(xù)波的超導頻率測量方法,很難測量到長周期超短脈沖亞毫米波信號的頻率。用超導匹配濾波器加權被測信號幅度并通過限幅器只讓被測頻率作用到約瑟夫森結上測頻;用原長周期超短脈沖信號觸發(fā)接在超導延遲線每個抽頭上的約瑟夫森開關,控制原信號按預定的不同延遲時間通過延遲線,得到新的短周期超短脈沖信號,作用在約瑟夫森結上測頻。主要用于長周期超短脈沖亞毫米波頻率測量。
文檔編號G01R23/00GK1184930SQ9611782
公開日1998年6月17日 申請日期1996年12月13日 優(yōu)先權日1996年12月13日
發(fā)明者王家素, 王素玉, 胡克松, 陳裕濤 申請人:西南交通大學, 中國工程物理研究院應用電子學研究所