太赫茲準光功率合成與放大裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及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領域。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術的發展，太赫茲頻段的系統由于其傳輸信號容量大、結構緊湊以及具有更高的分辨率等特點越來越多的應用在微波遙感、醫學成像、雷達、空間通信等領域。然而太赫茲技術的發展還面臨諸多困難。其一，隨著頻率不斷升高，各種傳輸線如波導、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，傳統全波電磁場研宄方法出現局限性，需要借助準光理論完善。因此在現有結構及加工制造技術不能滿足需要的情況下，尋求一種結構簡單、低成本、設計和加工簡單的太赫茲準光功率合成和放大裝置尤為重要。
【發明內容】
[0003]本發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，它由微波喇叭發射天線、主拋物面反射鏡A、副拋物面反射鏡A'、N級微波放大陣列芯片、太赫茲倍頻陣列芯片、主拋物面反射鏡B、副拋物面反射鏡B'和超外差太赫茲準光接收器組成。微波喇叭發射天線饋入的微波球面波信號經副拋物面反射鏡A'和主拋物面反射鏡A在空間聚焦，變換為微波平面波信號并傳輸到N級微波放大陣列芯片。微波平面波信號在空間由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主拋物面反射鏡B和副拋物面反射鏡B'在空間二次聚焦，實現空間功率合成，空間傳輸的太赫茲平面波以高斯波束的形式傳播，最終由超外差太赫茲準光接收器接收信號。
[0004]為實現上述的目的，本發明所采用的技術方案是:
[0005]本發明的一種太赫茲準光功率合成與放大裝置，包括微波喇叭發射天線、主拋物面反射鏡A、副拋物面反射鏡A'、N級微波放大陣列芯片、太赫茲倍頻陣列芯片、主拋物面反射鏡B、副拋物面反射鏡B'和超外差太赫茲準光接收器#為自然數JPN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；
[0006]所述的微波喇叭發射天線輻射微波球面波信號傳輸至副拋物面反射鏡A'、主拋物面反射鏡A ；
[0007]所述的主拋物面反射鏡A和副拋物面反射鏡A'將饋入的微波球面波信號轉換為微波平面波信號；
[0008]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副拋物面反射鏡A'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。
[0009]所述的第二級以后的微波放大陣列芯片由mXn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級級聯工作，每級芯片等間距放置，微波信號在空間傳輸并通過N級級聯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，η為自然數；
[0010]該太赫茲倍頻陣列芯片置于N級微波放大陣列芯片級聯結構之后，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M個太赫茲輻射縫隙。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微波信號，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，太赫茲一分M等功分器的M路太赫茲耦合微帶線將太赫茲信號耦合至芯片背面的M個太赫茲輻射縫隙輸出。P為自然數，q為自然數；
[0011]所述的主拋物面反射鏡B和副拋物面反射鏡B'將太赫茲平面波信號聚焦，以高斯波束的形式實現準光功率合成；
[0012]所述的超外差太赫茲準光接收器用于接收太赫茲信號；
[0013]本發明解決了太赫茲頻段輻射功率低的問題。
[0014]該微波喇叭發射天線輻射微波球面波信號傳輸至主拋物面反射鏡A和副拋物面反射鏡A'；
[0015]該主拋物面反射鏡A和副拋物面反射鏡A'將饋入的的微波球面波信號轉換為平面波信號輸出；
[0016]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；
[0017]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系；
[0018]微波接收天線接收饋入的信號，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；
[0019]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系；
[0020]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；
[0021]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構和傳輸方式均相同；
[0022]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構相同；傳輸方式如下:
[0023]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；
[0024]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；
[0025]在介質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且成十字正交關系；
[0026]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的太赫茲輻射縫隙；太赫茲輻射縫隙輸出太赫茲信號。
[0027]所述的主拋物面反射鏡B和副拋物面反射鏡B'將太赫茲倍頻陣列芯片輸出的太赫茲平面波信號轉換為聚焦的高斯波束，實現空間功率合成；
[0028]所述的超外差太赫茲準光接收器位于副拋物面反射鏡B'的焦點處，接收主拋物面反射鏡B和副拋物面反射鏡B'聚焦合成后的太赫茲信號。
[0029]太赫茲準光功率合成與放大裝置，該放大裝置包括主拋物面反射鏡A和副拋物面反射鏡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主拋物面反射鏡B和副拋物面反射鏡B'；
[0030]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系；
[0031]位于副拋物面反射鏡A'焦點處的發射源發射的微波信號依次經過副拋物面反射鏡A'和主拋物面反射鏡A的反射后被微波接收天線