直检式高灵敏度毫米波与太赫兹辐射计及其工作方法

摘要

本发明涉及毫米波与太赫兹直检式辐射计技术领域，提供了直检式高灵敏度毫米波与太赫兹辐射计及其工作方法，包括斩波开关、以及依次连接的天线、第一低噪声放大器和第二低噪声放大器；所述斩波开关连接至所述第一低噪声放大器和第二低噪声放大器的连接线上，用于对第一低噪声放大器放大后的毫米波与太赫兹信号进行斩波。不仅对辐射计整体噪声恶化较小，同时又能有效的抑制斩波调制电路之后器件带来的噪声影响。

说明书

技术领域

本发明涉及毫米波与太赫兹直检式辐射计技术领域，特别涉及直检式高灵敏度毫米波与太赫兹辐射计及其工作方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

在电磁波谱中，毫米波与太赫兹波电磁波谱处于微波与红外之间的电磁频谱，特殊的波谱位置，使得毫米波与太赫兹波同时具有微波和光波的优点。与微波相比，毫米波与太赫兹波频率更高、波长更短，毫米波与太赫兹系统容易获得更高的分辨率，更大的信息容量。与光波相比，更强的穿透性使毫米波与太赫兹波可以应用于雨雾天气、充满烟雾的战场和其他极端条件。毫米波与太赫兹波具有较低的光子能量，可以应用于生物体组织无损检测。依据黑体理论，自然界中的物质可以辐射毫米波与太赫兹“近噪”信号，通过探测这些“近噪”信号可以实现物质的观测，进而可在气象遥感、环境检测、人体安检等领域进行应用。

而毫米波与太赫兹辐射计本身不向外发射能量，通过提高其温度灵敏度指标，可以实现物质辐射的毫米波与太赫兹“近噪”信号的探测，进而实现物质的观测。因此，温度灵敏度指标是毫米波与太赫兹辐射计的核心技术指标，其提升存在着诸多限制与技术瓶颈。直检式毫米波与太赫兹辐射计是其中的门类之一，利用毫米波与太赫兹低噪声放大器、检波器、积分放大器等实现全功率检测，具有结构简单、多通道易集成等技术特点，得到了领域内专家学者的广泛关注，并取得了一定的进展，得到了一定的应用。

依据传统的直检式辐射计的工作原理，辐射计温度灵敏度指标主要取决于噪声系数、增益稳定性、带宽等核心器件的技术指标，以及积分时间。在核心器件的技术指标已确定的情况下，积分时间越长，温度灵敏度就越小，辐射计的探测能力就越强，但带来的问题就是牺牲了探测时间，无法满足实时性较高的应用需求。同时，现有的直检式辐射计噪声系数、增益稳定性、带宽等指标提升，受到低噪声放大器、检波器等基础器件的影响较大，性能提升不仅存在“瓶颈”，而且成本较高。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了直检式高灵敏度毫米波与太赫兹辐射计及其工作方法，将斩波调制电路放入到了低噪声放大器之后，不仅对辐射计整体噪声恶化较小，同时又能有效的抑制斩波调制电路之后器件带来的噪声影响。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明第一方面提供了直检式高灵敏度毫米波与太赫兹辐射计。

直检式高灵敏度毫米波与太赫兹辐射计，包括斩波开关、以及依次连接的天线、第一低噪声放大器和第二低噪声放大器；

所述斩波开关连接至所述第一低噪声放大器和第二低噪声放大器的连接线上，用于对第一低噪声放大器放大后的毫米波与太赫兹信号进行斩波。

进一步地，还包括斩波开关驱动信号发生器；

所述斩波开关驱动信号发生器与所述斩波开关连接。

进一步地，所述斩波开关驱动信号发生器用于产生驱动信号，对所述斩波开关进行斩波频率控制。

进一步地，还包括连接至所述第二低噪声放大器的检波器；

所述检波器用于对所述第二低噪声放大器放大后的信号进行检波。

进一步地，还包括连接至所述检波器的滤波器；

所述滤波器用于对所述检波器检波后的信号进行滤波，滤除低于调制频率的直流及低频信号。

进一步地，还包括连接至所述滤波器的差分视频放大器；

所述差分视频放大器对所述滤波器输出的信号进行放大。

进一步地，还包括偏置电源；

所述偏置电源为有源器件提供偏置电源。

进一步地，所述第一低噪声放大器为宽带低噪声放大器。

进一步地，所述斩波开关一端连接至第一低噪声放大器和第二低噪声放大器的连接线上，另一端接地。

本发明第二方面提供了直检式高灵敏度毫米波与太赫兹辐射计的工作方法，包括如下步骤：

毫米波与太赫兹信号经天线进行接收，通过第一低噪声放大器进行放大，放大后的毫米波与太赫兹信号通过斩波开关进行斩波，斩波后的信号通过第二低噪声放大器进一步进行放大。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明所述的直检式高灵敏度毫米波与太赫兹辐射计，其将斩波调制技术引入到毫米波与太赫兹直检式辐射计电路设计中，考虑到斩波调制电路存在一定的插损，如果直接将其放在直检辐射计的第一级，将会恶化辐射计的噪声系数，进而恶化辐射计的温度灵敏度指标，引入的斩波调制电路无法达到优化辐射计温度灵敏度指标的要求，为此，将斩波调制电路放在毫米波与太赫兹直检式辐射计第一级低噪声放大器之后，斩波调制电路引入的噪声系数，将对辐射计的温度灵敏度指标影响甚微，同时斩波调制电路可以减小环境的射频噪声换热器件闪烁噪声(1/f)等的影响，进而提升了辐射计的灵敏度指标，为自然界中物质辐射的毫米波与太赫兹“近噪”信号探测奠定了坚实的基础。

本发明所述的直检式高灵敏度毫米波与太赫兹辐射计，其将斩波调制电路放入到了直检式辐射计低噪声放大器之后，不仅对辐射计整体噪声恶化较小，同时又能有效的抑制斩波调制电路之后器件带来的噪声影响，通过合理的选择斩波器的调制频率，配合适当的滤波，即可实现毫米波与太赫兹直检式辐射计温度灵敏度指标的提升。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1的直检式高灵敏度毫米波与太赫兹辐射计的内部结构图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1

本发明实施例1提供了直检式高灵敏度毫米波与太赫兹辐射计，如图1所示，包括偏置电源109、斩波调制电路、以及依次连接的天线101、第一低噪声放大器102、第二低噪声放大器105、检波器106、滤波器107和差分视频放大器108。

其中，第一低噪声放大器102和第二低噪声放大器105均为宽带低噪声放大器。第一低噪声放大器102和第二低噪声放大器105要求相同的带宽，且第一低噪声放大器102要求的噪声系数比第二低噪声放大器105小。

滤波器107为高通滤波器，用于滤除低于调制频率的直流及低频信号。

斩波调制电路包括斩波开关103、斩波开关驱动信号发生器104。斩波开关103连接至第一低噪声放大器102和第二低噪声放大器103的连接线上，并与斩波开关驱动信号发生器104连接。斩波开关103还需要接地。

偏置电源109分别与第一低噪声放大器102、斩波开关103、斩波开关驱动信号发生器104、第二低噪声放大器105和差分视频放大器108连接，用于为各有源器件提供偏置电源。

物质黑体辐射的毫米波与太赫兹信号经天线101进行接收，通过第一低噪声放大器102进行放大，放大后的信号再通过斩波开关103进行斩波，斩波后的信号通过第二低噪声放大器105进一步进行放大，第二低噪声放大器105放大后的信号经检波器106进行检波，检波后的信号经滤波器107进行滤波，滤除低于调制频率的直流及低频信号后，通过差分视频放大器108进行放大，输出2路差分电压。

其中，斩波开关驱动信号发生器104用于产生驱动信号，对斩波开关103进行斩波频率控制。

本实施例将斩波调制技术引入到毫米波与太赫兹直检式辐射计电路设计中，考虑到斩波调制电路存在一定的插损，如果直接将其放在直检辐射计的第一级，将会恶化辐射计的噪声系数，进而恶化辐射计的温度灵敏度指标，引入的斩波调制电路无法达到优化辐射计温度灵敏度指标的要求，为此，本实施例将斩波调制电路放在毫米波与太赫兹直检式辐射计第一级低噪声放大器之后，斩波调制电路引入的噪声系数，将对辐射计的温度灵敏度指标影响甚微，同时斩波调制电路可以减小环境的射频噪声换热器件闪烁噪声(1/f)等的影响，进而提升了辐射计的灵敏度指标，为自然界中物质辐射的毫米波与太赫兹“近噪”信号探测奠定了坚实的基础。

实施例2

本发明实施例2提供了直检式高灵敏度毫米波与太赫兹辐射计的工作方法，包括如下步骤：

物质黑体辐射的毫米波与太赫兹信号经天线101进行接收，通过第一低噪声放大器102进行放大，放大后的信号再通过斩波开关103进行斩波，斩波后的信号通过第二低噪声放大器105进一步进行放大，第二低噪声放大器105放大后的信号经检波器106进行检波，检波后信号经滤波器107进行滤波，滤除低于调制频率的直流及低频信号后，通过差分视频放大器108进行放大，输出2路差分电压。

其中，斩波开关103通过斩波开关驱动信号发生器104产生的驱动信号进行斩波频率控制。

通过合理的选择斩波器(即，斩波开关驱动信号发生器104和斩波开关103一起构成的斩波器)的调制频率，配合适当的滤波，滤除低于调制频率的直流及低频信号，即可实现毫米波与太赫兹直检式辐射计温度灵敏度的提升。

本实施例将斩波调制技术引入到毫米波与太赫兹直检式辐射计电路设计中，考虑到斩波调制电路存在一定的插损，如果直接将其放在直检辐射计的第一级，将会恶化辐射计的噪声系数，进而恶化辐射计的温度灵敏度指标，引入的斩波调制电路无法达到优化辐射计温度灵敏度指标的要求，为此，本实施例将斩波调制电路放在毫米波与太赫兹直检式辐射计第一级低噪声放大器之后，斩波调制电路引入的噪声系数，将对辐射计的温度灵敏度指标影响甚微，同时斩波调制电路可以减小环境的射频噪声换热器件闪烁噪声(1/f)等的影响，进而提升了辐射计的灵敏度指标，为自然界中物质辐射的毫米波与太赫兹“近噪”信号探测奠定了坚实的基础。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。