一種太赫茲準光功率合成與放大裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太赫茲準光功率合成與放大裝置，具體來講，是一種適用于太赫茲頻段的高效率空間功率合成與放大技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學技術(shù)的發(fā)展，太赫茲頻段的系統(tǒng)由于其傳輸信號容量大、結(jié)構(gòu)緊湊以及具有更高的分辨率等特點越來越多的應(yīng)用在微波遙感、醫(yī)學成像、雷達、空間通信等領(lǐng)域。然而太赫茲技術(shù)的發(fā)展還面臨諸多困難。其一，隨著頻率不斷升高，在太赫茲頻段，各種傳輸線如波導(dǎo)、微帶等都存在尺寸變小、損耗增大、承受功率減小、加工難度大和成本高等缺點。其二，太赫茲電磁波的光學特性逐漸顯現(xiàn)，傳統(tǒng)全波電磁場研宄方法出現(xiàn)局限性，需要借助準光理論完善。因此在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)及加工制造技術(shù)不能滿足需要的情況下，尋求一種結(jié)構(gòu)簡單、低成本、設(shè)計和加工簡單的太赫茲準光功率合成與放大裝置尤為重要。
[0003]隨著電磁波應(yīng)用的頻段逐漸升高，電磁波的光學特性逐漸顯現(xiàn)，傳統(tǒng)電磁場研宄方法暴露出局限性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對當前太赫茲頻段輻射功率低的問題，提供一種太赫茲準光功率合成與放大裝置，該裝置包括微波喇叭發(fā)射天線、介質(zhì)透鏡A、N級微波放大陣列芯片、太赫茲倍頻陣列芯片、介質(zhì)透鏡B和太赫茲喇叭接收天線。
[0005]微波喇叭發(fā)射天線饋入的微波球面波信號經(jīng)介質(zhì)透鏡A在空間聚焦，變換為平面波信號并傳輸?shù)絅級微波放大陣列芯片。微波信號在空間由N級微波放大陣列芯片逐級放大并由太赫茲倍頻陣列芯片將放大后的微波信號倍頻至太赫茲頻段輸出。輸出的太赫茲信號經(jīng)介質(zhì)透鏡B在空間二次聚焦，空間傳輸?shù)奶掌澠矫娌ㄒ愿咚共ㄊ男问絺鞑ィ瑢崿F(xiàn)空間功率合成，最終由太赫茲喇叭接收天線接收信號。
[0006]為實現(xiàn)上述的目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0007]本發(fā)明的一種太赫茲準光功率合成與放大裝置，包括微波喇叭發(fā)射天線、介質(zhì)透鏡A、N級微波放大陣列芯片、太赫茲倍頻陣列芯片、介質(zhì)透鏡B和太赫茲喇叭接收天線；N為自然數(shù)#級微波放大陣列芯片包括第一級微波放大陣列芯片、第二級微波放大陣列芯片、……、第N級微波放大陣列芯片；
[0008]所述的微波喇叭發(fā)射天線輻射微波球面波信號傳輸至介質(zhì)透鏡A ;
[0009]所述的介質(zhì)透鏡A將饋入的的微波球面波信號轉(zhuǎn)換為平面波信號；
[0010]所述的第一級微波放大陣列芯片由mXη個子單元組成，每個子單元集成了微波接收天線、微波耦合微帶線、微波放大電路和微波輻射縫隙；其中，微波接收天線被用于接收前級饋入的信號，微波放大電路被用于將信號放大。芯片正面的微波耦合微帶線將微波放大電路放大的信號耦合至芯片背面的微波輻射縫隙輸出。
[0011]所述的第二級以后的微波放大陣列芯片由mX η個子單元組成，每個子單元集成了微波耦合微帶線、微波放大電路和微波輻射縫隙；其中一段微波耦合微帶線被用于耦合前級微波輻射縫隙輸出的信號，微波放大電路被用于將信號放大。另一段微波耦合微帶線將微波放大電路放大的信號耦合至芯片背面的微波輻射縫隙輸出。該微波放大陣列芯片N級級聯(lián)工作，每個芯片等間距放置，微波信號在空間傳輸并通過N級級聯(lián)的陣列芯片逐級放大，這樣既保證了有效的鏈路增益，又保證了輸出功率。m為自然數(shù)，η為自然數(shù)；
[0012]該太赫茲倍頻陣列芯片置于N級微波放大陣列芯片級聯(lián)結(jié)構(gòu)之后，由pXq個子單元組成，每個子單元集成了微波耦合微帶線、太赫茲倍頻器、太赫茲一分M等功分器和太赫茲輻射縫隙。其中，微波耦合微帶線被用于耦合前級微波輻射縫隙輸出的信號，太赫茲倍頻器被用于將微波信號倍頻至太赫茲信號，太赫茲一分M等功分器將倍頻器輸出的太赫茲信號等分成M路相參信號，M路太赫茲等幅相參信號經(jīng)過太赫茲一分M等功分器中的太赫茲耦合微帶線將太赫茲信號耦合至芯片背面的太赫茲輻射縫隙輸出。P為自然數(shù)，q為自然數(shù)；
[0013]所述的介質(zhì)透鏡B將太赫茲平面波信號聚焦為高斯波束形式的太赫茲信號；
[0014]所述的太赫茲喇叭接收天線用于接收太赫茲信號；
[0015]本發(fā)明解決了太赫茲頻段輻射功率低的問題。
[0016]該微波喇叭發(fā)射天線輻射微波球面波信號傳輸至介質(zhì)透鏡A ;
[0017]該介質(zhì)透鏡A將微波喇叭發(fā)射天線饋入的的微波球面波信號轉(zhuǎn)換為平面波信號輸出；
[0018]該N級微波放大陣列芯片包括該第一級微波放大陣列芯片、第二級微波放大陣列芯片、第三級微波放大陣列芯片、……、第N級微波放大陣列芯片；
[0019]其中，第一級微波放大陣列芯片由mXn個子單元組成，每個子單元在介質(zhì)基片上集成了微波接收天線、微波耦合微帶線、微波放大電路和微波輻射縫隙；在介質(zhì)基片的正面有微波接收天線、微波放大電路和微波耦合微帶線；在介質(zhì)基片的背面有微波輻射縫隙，微波輻射縫隙與微波耦合微帶線成十字正交關(guān)系；
[0020]微波接收天線接收介質(zhì)透鏡A饋入的平面波信號，然后將信號傳輸給微波放大電路，微波放大電路對接收到的信號進行放大后輸出給微波耦合微帶線，微波耦合微帶線將信號耦合至微波輻射縫隙，微波輻射縫隙將信號耦合至第二級微波放大陣列芯片正面的第一段微波耦合微帶線；
[0021]第二級微波放大陣列芯片由mXn個子單元組成，每個子單元在介質(zhì)基片上集成了第一段微波耦合微帶線、微波放大電路、第二段微波耦合微帶線和微波輻射縫隙；在介質(zhì)基片的正面有第一段微波耦合微帶線、微波放大電路和第二段微波耦合微帶線；在介質(zhì)基片的背面有微波輻射縫隙，微波輻射縫隙與第二段微波耦合微帶線成十字正交關(guān)系；第一段微波耦合微帶線與第一級微波放大陣列芯片背面的微波輻射縫隙成十字正交關(guān)系；
[0022]第一段微波耦合微帶線將耦合到的信號傳輸給微波放大電路，微波放大電路對接收到的信號進行放大后輸出給第二段微波耦合微帶線，第二段微波耦合微帶線將信號耦合至微波輻射縫隙，微波輻射縫隙將信號耦合至下一級微波放大陣列芯片；
[0023]第三級微波放大陣列芯片、......、第N-1級微波放大陣列芯片與第二級微波放大陣列芯片的結(jié)構(gòu)和傳輸方式均相同；
[0024]第N級微波放大陣列芯片與第二級微波放大陣列芯片的結(jié)構(gòu)相同；傳輸方式如下:
[0025]第一段微波耦合微帶線將耦合到的信號傳輸給微波放大電路，微波放大電路對接收到的信號進行放大后輸出給第二段微波耦合微帶線，第二段微波耦合微帶線將信號耦合至微波輻射縫隙，微波輻射縫隙將信號耦合至太赫茲倍頻陣列芯片的微波耦合微帶線；
[0026]該太赫茲倍頻陣列芯片由pXq個子單元組成，每個子單元在介質(zhì)基片上集成了微波親合微帶線、太赫茲倍頻器、太赫茲一分M等功分器和M個太赫茲福射縫隙；
[0027]在介質(zhì)基片的正面有微波耦合微帶線、太赫茲倍頻器和太赫茲一分M等功分器；在介質(zhì)基片的背面有M個太赫茲福射縫隙，M個太赫茲福射縫隙與太赫茲一分M等功分器中的太赫茲耦合微帶線一一對應(yīng)且成十字正交關(guān)系；
[0028]微波耦合微帶線將耦合到的信號傳輸給太赫茲倍頻器，太赫茲倍頻器將信號倍頻至太赫茲頻段，輸出太赫茲信號，并將輸出的太赫茲信號傳輸給太赫茲一分M等功分器，太赫茲一分M等功分器將太赫茲信號等分為M路相參信號，M路等幅相參信號耦合至與其一一對應(yīng)的太赫茲輻射縫隙；太赫茲輻射縫隙輸出太赫茲信號。
[0029]所述的介質(zhì)透鏡B將太赫茲倍頻陣列芯片輸出的太赫茲平面波信號聚焦為高斯波束形式的太赫茲信號，實現(xiàn)空間功率合成；
[0030]所述的太赫茲喇叭接收天線位于介質(zhì)透鏡B的焦點處，接收介質(zhì)透鏡B聚焦后的太赫茲信號。
[0031]一種太赫茲準光功率合成與放大裝置，該放大裝置包括介質(zhì)透鏡A、第一級微波放大陣列芯片、第二級微波放大陣列芯片、第三級微波放大陣列芯片、……、第N級微波放大陣列芯片、太赫茲倍頻陣列芯片和介質(zhì)透鏡B ;
[0032]其中，第一級微波放大陣列芯片由mXn個子單元組成，每個子單元在介質(zhì)基片上集成了微波接收天線、微波耦合微帶線、微波放大電路和微波輻射縫隙；在介質(zhì)基片的正面有微波接收天線、微波放大電路和微波耦合微帶線；在介質(zhì)基片的背面有微波輻射縫隙，微波輻射縫隙與微波