CN108896965B - 200GHz频段信号收发测量*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种200GHz频段信号收发测量***，包括：频率源模块，用于提供第一射频信号和第二射频信号，所述第一射频信号和所述第二射频信号为相参信号；发射前端模块，用于接收所述第一射频信号，并输出200GHz频段的第三射频信号；发射天线，用于发射所述第三射频信号；接收天线，用于接收所述第三射频信号对应的反射信号；接收前端模块，用于接收所述反射信号和所述第二射频信号，并输出设定频率的第四射频信号，设定频率小于该200GHz频段的频率；中频接收模块，用于接收该第四射频信号，并输出I/Q解调信号，以进行测量结果分析；其中，该发射前端模块和该接收前端模块中的器件是基于固态电子学原理实现。本发明能够实现基于固态电子学的200GHz频段收发测量。

Description

200GHz频段信号收发测量***

技术领域

本发明涉及太赫兹频段雷达目标的电磁辐射与散射特性测量技术领域，尤其涉及一种200GHz频段信号收发测量***。

背景技术

太赫兹频段雷达相对于微波和毫米波雷达具有优点：一是，天线***易于实现小型化、平面化；二是，空间分辨率高；三是，工作频带宽，成像精度高；四是，***体积小，适合于空间平台应用。

在外层空间，电磁波可以无损耗地传输，这可以保证用较小功率实现远距离的探测，而且，太赫兹频段存在大气传播窗口，这便于提高地面高功率雷达的抗干扰能力。对于目标识别领域而言，采用太赫兹频段雷达相对于微波和毫米波雷达具有更宽的工作频带，因此成像精度会大大提高。所以，如何在太赫兹频段下有效地获取目标的散射数据，从中合理、精确地提取散射中心分布，并进行必要的分析，弄清楚各散射中心及散射中心之间相互作用的散射机理，不仅对于目标建模与识别有着重要作用，而且对于缩减目标雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)的隐身技术和增强RCS探测能力的雷达反隐身技术也有着重要意义。

对于目标散射中心的研究，可以采取实验测量和理论计算两种手段来获取数据。实验测量可作为理论计算的验证模拟手段，而且对于具有极度复杂结构与材料的目标甚至是唯一工具。

然而，国外对于太赫兹频段雷达收发***的研究大多基于真空电子学和准光学原理，国内基于固态电子学200GHz频段收发雷达的研究是基于是德科技和罗德与施瓦茨公司等提供的矢量网络分析仪等仪器作为频率源，其测量时间较慢，且矢量网络分析仪质量过大。

发明内容

本发明提供了一种200GHz频段信号收发测量***，以解决上述一个或多个问题。

本发明实施例提供了一种200GHz频段信号收发测量***，包括：频率源模块，用于提供第一射频信号和第二射频信号，所述第一射频信号和所述第二射频信号为相参信号；发射前端模块，用于接收所述第一射频信号，并输出200GHz频段的第三射频信号；发射天线，用于发射所述第三射频信号；接收天线，用于接收所述第三射频信号对应的反射信号；接收前端模块，用于接收所述反射信号和所述第二射频信号，并输出设定频率的第四射频信号，所述设定频率小于所述200GHz频段的频率；中频接收模块，用于接收所述第四射频信号，并输出I/Q解调信号，以进行测量结果分析；其中，所述发射前端模块和所述接收前端模块中的器件是基于固态电子学原理实现。

本发明实施例的200GHz频段信号收发测量***，通过设置的频率源模块、发射前端模块、发射天线、接收天线、接收前端模块及中频接收模块，能够实现仅具有200GHz频段信号收发测量功能的***，不仅能够满足针对200GHz频段目标电磁辐射与散射特性研究的需求，而且能够克服现有分析仪器功能复杂、重量过大等问题。而且，所述第一射频信号和所述第二射频信号为相参信号，所述发射前端模块和所述接收前端模块中的器件是基于固态电子学原理实现的，以此，可以实现基于固态电子学原理的200GHz频段信号收发测量，填补了基于固态电子学原理的200GHz频段相参体制收发测量***的空白。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1是本发明一实施例的200GHz频段信号收发测量***的结构示意图；

图2是本发明一实施例中频率源模块的结构示意图；

图3是本发明一实施例中发射前端模块的结构示意图；

图4是本发明一实施例中接收前端模块的结构示意图；

图5是本发明一实施例中中频接收模块的结构示意图；

图6和图7分别是本发明一实施例中发射天线的侧视示意图和俯视示意图；

图8和图9分别是本发明一实施例的接收天线的侧视示意图和俯视示意图；

图10至图12是PA3-110芯片的性能数据示意图；

图13是CHA1008-99F芯片的性能数据示意图；

图14和图15是基于CHA1008-99F芯片的发射端3mm功放的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

针对目前200GHz频段目标电磁辐射与散射特性研究的必要性和基于固态电子学原理的200GHz频段相参体制收发***的研究空白，本发明基于固态电子学原理提供了一种200GHz频段信号的收发测量***。

图1是本发明一实施例的200GHz频段信号收发测量***的结构示意图。如图1所示，该200GHz频段信号收发测量***，可包括：频率源模块100、发射前端模块200、发射天线300、接收天线400、接收前端模块500及中频接收模块600。

频率源模块100，用于提供第一射频信号和第二射频信号，所述第一射频信号和所述第二射频信号为相参信号。该第一射频信号的频率范围例如为12.5Hz～13.125Hz，该第二射频信号的频率范围例如为12.25Hz～12.875Hz。该第一射频信号和第二射频信号为相参信号(相干)，例如可以利用功分器实现。

发射前端模块200，与所述频率源模块100连接，用于接收所述第一射频信号，并输出200GHz频段的第三射频信号。该200GHz频段为200GHz附近的频段，可以是包含200GHz的频段，具体地，可以是200GHz～210GHz。

发射天线300，与所述发射前端模块200连接，用于发射所述第三射频信号。

接收天线400，用于接收所述第三射频信号对应的反射信号。该反射信号可以与该第三射频信号具有相同的频率，例如，频率范围为200GHz～210GHz。该反射信号可以是所述第三射频信号到达测量目标后由该测量目标反射的信号，以此可以实现对该测量目标进行测量、雷达成像等。

接收前端模块500，分别与所述接收天线400和所述频率源模块100连接，用于接收所述反射信号和所述第二射频信号，并输出设定频率的第四射频信号，所述设定频率小于所述200GHz频段的频率。该设定频率可以根据接收前端模块500中混频器的不同而不同，例如可以为4GHz。所述第二射频信号可以作为本振信号输入该接收前端模块500。该接收前端模块500可以通过将所述反射信号和所述第二射频信号混频后输出该第四射频信号。

中频接收模块600，与所述接收前端模块500连接，用于接收所述第四射频信号，并输出I/Q解调信号，以进行测量结果分析。该I/Q解调信号可以包括直流I信号和直流Q信号。该I/Q解调信号可以进一步进行基带采样处理，并被采集以分析测量目标的测量结果，例如测距、雷达成像等。

其中，所述发射前端模块200和所述接收前端模块500中的器件是基于固态电子学原理实现。所述发射前端模块和所述接收前端模块中例如可包括放大器、滤波器、倍频器等器件，该些器件是基于固态电子学原理实现。基于固态电子学的收发测量***与基于真空电子学和准光学原理在器件选择和实现方式方面具有本质区别。

本实施例中，通过设置的频率源模块、发射前端模块、发射天线、接收天线、接收前端模块及中频接收模块，能够实现仅具有200GHz频段信号收发测量功能的***，不仅能够满足针对200GHz频段目标电磁辐射与散射特性研究的需求，而且能够克服现有分析仪器功能复杂、重量过大等问题。而且，所述第一射频信号和所述第二射频信号为相参信号，所述发射前端模块和所述接收前端模块中的器件是基于固态电子学原理实现的，以此，可以实现基于固态电子学原理的200GHz频段信号收发测量，填补了基于固态电子学原理的200GHz频段相参体制收发测量***的空白。

一些实施例中，该200GHz频段信号收发测量***的***参数可包括如下参数中的一个或多个：

本实施例的200GHz频段信号的收发测量***，基于固态电子学原理实现，在频率源模块100中，通过适当对器件进行选型，能够采用步进频率相参体制，拥有轻质量机体和更宽的相对带宽，且脉冲重复周期较短。

图2是本发明一实施例中频率源模块的结构示意图。如图2所示，所述频率源模块100可包括：第一锁相环路110、第二锁相环路120、第三锁相环路130、功分器140、第一混频器150及第二混频器160。

第一锁相环路110、第二锁相环路120及第三锁相环路130，用于分别生成第一本振信号、第二本振信号及初始射频信号。该第一本振信号可以是一个频率的信号，例如为10.5GHz的信号。该第二本振信号可以是一个频率的信号，例如为10.25GHz的信号。该初始射频信号可以是一个频段的信号，例如是频率范围为2～2.625GHz的信号。实施例中，在锁相环路中，可以利用振荡器产生一个参考信号，然后可以经过鉴相、低通滤波器和压控振荡器进行频率合成。

功分器140，与所述第三锁相环路130连接，用于将所述初始射频信号分配为第一路射频信号和第二路射频信号。该第一路射频信号的频率和该第二路射频信号的频率可以完全相同，可以与该初始射频信号的频率一致。该第一路射频信号和该第二路射频信号由同一初始射频信号得到，所以该第一路射频信号和该第二路射频信号很容易是相参信号。例如，该初始射频信号是频率范围为2GHz～2.625GHz的信号，经由功分器140得到的该第一路射频信号和该第二路射频信号均可以是2GHz～2.625GHz的信号。实施例中，该第一路射频信号和该第二路射频信号的参数例如可以为：频率范围为2GHz～2.625GHz；频率步进为0.5MHz；相位噪声为95dBc/Hz@1kHz(在1kHz时的相位噪声为95dBc/Hz)；杂散为-70dBc；输出功率为10dBm。

第一混频器150，分别与所述第一锁相环路110和所述功分器140连接，用于将所述第一路射频信号和第一本振信号进行混频，输出所述第一射频信号。所述第一射频信号例如可以经过环路滤波器滤波后通过射频电缆由频率源模块100传送至发射前端模块200。实施例中，传送至发射前端模块200的第一射频信号的参数例如可以为：频率范围为12.5Hz～13.125Hz；频率步进为0.5MHz；相位噪声为95dBc/Hz@1kHz；杂散为-70dBc；输出功率为10dBm。

第二混频器160，分别与所述第二锁相环路120和所述功分器140连接，用于将所述第二路射频信号和第二本振信号进行混频，输出所述第二射频信号。所述第二射频信号例如可以经过环路滤波器滤波后通过射频电缆由频率源模块100传送至接收前端模块500。实施例中，传送至接收前端模块500的第二射频信号的参数例如可以为：频率范围为12.25Hz～12.875Hz；频率步进为0.5MHz；相位噪声为95dBc/Hz@1kHz；杂散为-70dBc；输出功率为10dBm。

本实施例中，基于功分器实现所述第一射频信号和所述第二射频信号的输出，能够容易地使所述第一射频信号和所述第二射频信号为相参信号。

一些实施例中，频率源模块100中，2～2.625GHz的数字频率产生器经功分器后，分成两路信号，分别与10.5GHz和10.25GHz本振信号混频，产生12.5～13.125GHz和12.25～12.875GHz的两路射频信号，该两路射频信号分别输出至发射前端模块200和接收前端模块500，并保证收发信号相参。

一些实施例中，频率源模块100输出的所述第一射频信号(发射步进频信号源)的参数可如下：

一些实施例中，频率源模块100输出的所述第二射频信号(接收本振步进频信号源)的参数可如下：

实施例中，步进频率8MHz和跳频点数1250能够决定收发测量***的目标测量的距离分辨率，距离分辨率计算公式可为：ΔR＝C/(2N·Δf)，其中，C代表光速，N代表跳频点数，Δf代表步进频率。

一些实施例中，频率源模块100中输出的初始射频信号(正交解调本振锁相频率源)的参数可如下：

频率范围：4GHz

杂散：<-70dBc

输出频率基准信号功率：≥5dBm。

图3是本发明一实施例中发射前端模块的结构示意图。如图3所示，所述发射前端模块200，可包括：第一倍频链路。该第一倍频链路，可包含依次连接的第一二倍频201、第二二倍频202、第三二倍频203及第四二倍频204，用于将所述第一射频信号的频率增大至所述200GHz频段。第一二倍频201、第二二倍频202、第三二倍频203及第四二倍频204其间的连接可以是直接连接或间接连接。该第一射频信号例如是频率范围为12.5Hz～13.125Hz的信号，经过第一二倍频201后，输出信号的频率为25Hz～26.25Hz，再经过第二二倍频202后，输出信号的频率为50Hz～52.5Hz，再经过第三二倍频203后，输出信号的频率为100Hz～105Hz，再经过第四二倍频204后，输出信号的频率为200Hz～210Hz。本实施例中，经过四个二倍频，能够将第一射频信号的频率增大至所需的频率。第一二倍频201例如可以基于HMC576芯片实现，第二二倍频202例如可以基于CHX2192芯片实现，第四二倍频204例如可以基于FARRAN芯片实现，第三二倍频203所采用的芯片型号可视需要进行选择。

再如图3所示，所述发射前端模块200，还可包括：第三放大器210。该第三放大器210，连接于所述第三二倍频203和所述第四二倍频204之间，用于对所述第一射频信号进行功率放大。所述第三放大器203可以是基于CHA1008-99F芯片实现。本实施例中，通过第三放大器210可以将第一射频信号的功率增大至所需的功率，将第三放大器210设置在发射前端模块200中靠输出端的位置(连接于所述第三二倍频203和所述第四二倍频204之间)，能够减少信号在发射前端模块200中传递的损耗。其中，之所以选择CHA1008-99F芯片来实现所述第三放大器203是发明人经过创造性劳动，突破CHA1008-99F芯片手册所提供性能参数对本领域技术人员认识所带来的局限性后而得知的，具体创造性劳动的过程将在后续内容中说明。

再如图3所示，所述发射前端模块200，还可包括：第一滤波器205、第一放大器206、第二滤波器207、第二放大器208及第三滤波器209。第一放大器206和第二放大器208可以是集成运算放大器。

第一滤波器205及第一放大器206，连接于所述第一二倍频201和所述第二二倍频202之间，分别用于对所述第一二倍频201的输出信号进行滤波和信号放大。第一滤波器205和第一放大器206可相互连接，例如，第一滤波器205和第一放大器206分别与所述第一二倍频201和所述第二二倍频202连接。根据第一滤波器205和第一放大器206的具体器件选型不同，连接位置可互换。

第二滤波器207及第二放大器208，连接于所述第二二倍频202和所述第三二倍频203之间，分别用于对所述第二二倍频202的输出信号进行滤波和信号放大。第二滤波器207和第二放大器208可相互连接，例如，第二滤波器207和第二放大器208可分别与所述第二二倍频202和所述第三二倍频203连接。根据第二滤波器207和第二放大器208的具体器件选型不同，连接位置可互换。

第三滤波器209，连接于所述第三二倍频203和所述第四二倍频204之间，用于对所述第三二倍频203的输出信号进行滤波。第三滤波器209可与上述第三放大器210连接，例如第三滤波器209和上述第三放大器210可分别连接所述第三二倍频203和所述第四二倍频204。根据第三滤波器209和上述第三放大器210的具体器件选型不同，连接位置可互换。

一些实施例中，发射前端模块200接收频率源模块100输出的12.5～13.125GHz射频信号，经过4个二倍频器的倍频链路输出200～210GHz的射频信号并经过高增益、低副瓣发射天线向空间定向辐射。

一些实施例中，发射前端模块200的参数可如下：

图4是本发明一实施例中接收前端模块的结构示意图。如图4所示，所述接收前端模块500，可包括：第二倍频链路。该第二倍频链路，可包含依次连接的第五二倍频501、第六二倍频502及第七二倍频503，用于对所述第二射频信号进行倍频处理。第五二倍频501、第六二倍频502及第七二倍频503其间的连接可以直接连接或间接连接。该第二射频信号(本振信号)例如是频率范围为12.25Hz～12.875Hz的信号，经过第五二倍频501后，输出信号的频率为24.5Hz～25.75Hz，再经过第六二倍频502后，输出信号的频率为49Hz～51.5Hz，再经过第七二倍频503后，输出信号的频率为98Hz～103Hz。本实施例中，经过三个二倍频，能够将第二射频信号的频率增大至所需的频率。第五二倍频501例如可以基于HMC576芯片实现，第六二倍频502例如可以基于CHX2192芯片实现，第七二倍频503所采用的芯片型号可视需要进行选择。

再如图4所示，所述接收前端模块500，还可包括：第六放大器509。该第六放大器509，与所述第七二倍频503连接，用于对所述第七二倍频503的输出信号进行功率放大；所述第六放大器509是基于CHA1008-99F芯片实现。本实施例中，通过第六放大器509可以将第二射频信号的功率增大至所需的功率，将第六放大器509设置在接收前端模块500中靠输出端的位置(与所述第七二倍频503连接)，能够减少信号在接收前端模块500中传递的损耗。其中，之所以选择CHA1008-99F芯片来实现第六放大器509是发明人经过创造性劳动，突破CHA1008-99F芯片手册所提供性能参数对本领域技术人员认识所带来的局限性后而得知的，具体创造性劳动的过程将在后续内容中说明。

再如图4所示，所述接收前端模块500，还可包括：第四滤波器504、第四放大器505、第五滤波器506、第五放大器507、第六滤波器508及第三混频器510。第四放大器505和第五放大器507可以是集成运算放大器。

第四滤波器504及第四放大器505，连接于所述第五二倍频501和所述第六二倍频502之间，用于对所述第五二倍频501的输出信号进行滤波和信号放大。第四滤波器504和第四放大器505可相互连接，例如，第四滤波器504和第四放大器505分别与第五二倍频501和第六二倍频502连接。根据第四滤波器504和第四放大器505的具体器件选型不同，连接位置可互换。

第五滤波器506及第五放大器507，连接于所述第六二倍频502和所述第七二倍频503之间，用于对所述第六二倍频502的输出信号进行滤波和信号放大。第五滤波器506和第五放大器507可相互连接。例如，第五滤波器506和第五放大器507可分别与第六二倍频502和第七二倍频503连接。根据第五滤波器506和第五放大器507的具体器件选型不同，连接位置可互换。

第六滤波器508，与所述第七二倍频503连接，用于对所述第七二倍频503的输出信号进行滤波。第六滤波器508可与第六放大器509连接。第六滤波器508和第六放大器509可连接在所述第七二倍频503和第三混频器510之间，根据第六滤波器508和第六放大器509的具体器件选型不同，连接位置可互换。

第三混频器510，用于接收所述反射信号和经过滤波及功率放大后的所述第七二倍频503的输出信号，并输出所述第四射频信号。第三混频器510可直接与第六放大器509连接，可间接与第六滤波器508连接。

一些实施例中，接收前端模块500接收空间反射回来的200GHz～210GHz射频信号，经过谐波混频器输出4GHz的射频信号。接收前端的本振信号来源于频率源模块100输出的另一路12.25～12.875GHz射频信号，经过3个二倍频器的倍频链路输出98～103GHz的射频信号。在200GHz频段的频率范围内(例如200GHz～210GHz)，可以进行单频率点测试，也可以进行跳频测试。

一些实施例中，接收前端模块500的参数可如下：

图5是本发明一实施例中中频接收模块的结构示意图。如图5所示，所述中频接收模块600，可包括：第四混频器601和I/Q解调器602。

第四混频器601，用于接收所述第四射频信号和一第三本振信号，并输出100MHz的第五射频信号。该第四射频信号可以为4GHz中频信号，输入至第四混频器601的频率可以没有变化，即仍为4GHz中频信号。该第三本振信号可以由锁相环PLL产生并由放大器612放大后输出产生，例如可以为3.9GHz的射频信号。4GHz中频信号和3.9GHz的射频信号经过第四混频器601可以输出第五射频信号，例如可以输出100MHz。第四混频器601例如可以基于HMC128芯片实现。

I/Q解调器602，与所述第四混频器601连接，用于接收所述第五射频信号，并输出所述I/Q解调信号。该第五射频信号可以与一给定解调信号(例如100MHz)一同输入至I/Q解调器602，然后输出I/Q解调信号。该I/Q解调信号包括直流I信号和直流Q信号。进一步，该I/Q解调信号可以进行线性放大，供采集以进行测量结果分析。I/Q解调器602所采用的芯片型号可以视需要进行选择。

再如图5，所述中频接收模块600，还可包括：滤波器603、放大器604、数控衰减器605、放大器606、数控衰减器607、放大器608、放大器609、第一线性放大器610及第二线性放大器620。放大器604、放大器606、放大器608及放大器609可以是集成运算放大器，可以对信号进行信号放大。

一些实施例中，中频接收模块600将接收前端模块输出的4GHz信号进行放大后，与3.9GHz本振信号混频输出100MHz信号，然后输出的100MHz信号与100MHz解调输出直流I、Q信号并进行线性放大供采集。信号采集可为100kHz多路采集卡，将I、Q信号转换为数字信号。

一些实施例中，中频接收模块600的参数可如下：

一些实施例中，所述发射天线300和所述接收天线400中的波导均为WR4波导。WR4波导的适用频率范围是170GHz-260GHz，能够满足收发测量***的频段要求。该波导可指位于所述发射天线300和所述接收天线400的一端端口处的波导。图6和图7分别是本发明一实施例中发射天线的侧视示意图和俯视示意图。发射天线300的尺寸和形状可如图6和图7所示。另外，发射天线300的参数可以包括：WR4：1.0922*0.5461mm；增益：23.06dBi(中心频率)；全频段驻波：≤1.1；副瓣电平：-17.5dB；3dB波瓣宽度：14°。图8和图9分别是本发明一实施例的接收天线的侧视示意图和俯视示意图。接收天线400的尺寸和形状可如图8和图9所示。另外，接收天线400的参数可以包括：WR4：1.0922*0.5461mm；增益：25.1dBi(中心频率)；全频段驻波：≤1.1；副瓣电平：-22dB；3dB波瓣宽度：12°。

一些实施例中，所述发射天线300和所述接收天线400可采用高增益低副瓣天线。所述发射天线300和所述接收天线400的技术指标可如下：

下面将以一具体实施例说明本发明：

该200GHz频段信号收发测量***，包括以下部分：

***发射前端；

***接收前端；

***机箱，包括***频率源部分和中频接收部分；

***射频电缆；

发射天线和接收天线；

PCI采集卡和***控制跳频采集软件。

(1)该200GHz频段信号收发测量***采用步进频体制，参数如下：

(2)发射前端的技术指标如下：

发射前端接收控制***输出的12.5～13.125GHz射频信号，经过4个二倍频器的倍频链路输出200～210GHz的射频信号并经过高增益、低副瓣天线向空间定向辐射。原理框图可如图3所示。

(3)接收前端的技术指标如下：

接收前端接收空间反射回来的200～210GHz射频信号，经过谐波混频器输出4GHz的射频信号。接收前端的本振信号来源于控制***输出的另一路12.25～12.875GHz射频信号，经过3个二倍频器的倍频链路输出98～103GHz的射频信号。原理框图如图4所示。

(4)频率源的技术指标如下：

频率源部分，2～2.625GHz的数字频率产生器经功分器后，分别与10.5GHz和10.25GHz本振信号混频，产生12.5～13.125GHz和12.25～12.875GHz的两路射频信号，分别输出至发射前端和接收前端，并保证收发信号相参。原理框图如图2所示。

——发射步进频信号源

——接收本振步进频信号源

——正交解调本振锁相频率源

(5)中频接收部分的技术指标如下：

中频接收机将接收前端输出的4GHz信号进行放大后，与3.9GHz本振信号混频输出100MHz信号，然后与100MHz解调输出直流I、Q信号并进行线性放大供采集。信号采集为100kHz多路采集卡，将I、Q信号转换为数字信号。原理框图如图5所示。

(5)发射天线和接收天线技术指标如下：

采用高增益低副瓣喇叭天线，技术指标如图6至图9所示。

一些实施例中，200GHz频段收发***发射前端尺寸239mm×100mm×58.8mm，质量为2.047kg；***接收前端尺寸160.1mm×80mm×80mm，质量为0.945kg；***机箱尺寸420mm×365mm×80mm，质量为7.95kg。

上述实施例中，第三放大器210和第六放大器509之所以可以基于CHA1008-99F芯片，是发明人经过创造性劳动，分析如下：

如图3所示，发射前端模块200的末级放大器(第三放大器210)将100GHz～105GHz信号进行放大，需使信号功率达到约+14dBm，才能满足后级FARRAN公司二倍频器(第四二倍频204)的典型输入功率要求，从而保证可以在发射前端模块200的输出端得到200GHz～210GHz信号且功率大于10mW。如图4所示，接收前端模块500的末级放大器，将98～103GHz信号功率放大至+10dBm，才能满足后级FARRAN公司谐波混频器(第三混频器510)对本振驱动的要求。

因此，在98～105GHz频段上，需要专门设计功率放大器，以保证在接收-20dBm输入功率的情况下，能够输出+10～+15dBm功率。

现有工作频率能达到105GHz的功放芯片有两款，分别是HRL公司的PA3-110芯片和UMS公司的CHA1008-99F芯片。PA3-110芯片的数据资料如图10、图11及图12所示，CHA1008-99F芯片的数据资料如图13所示，从该两种芯片的数据资料可以看出PA3-110芯片的饱和输出功率达到13dBm，增益约为13dB，而CHA1008-99F芯片的输出1dB压缩点功率为+5dBm，增益约为16dBm，其数据资料上没有给出饱和输出功率值。处于对输出功率的高要求，根据公开的芯片性能资料，本领域技术人员通常倾向于选择PA3-110管芯，而不回选择CHA1008-99F芯片。

然而，在实际测试过程中，发明人发现PA3-110芯片在105GHz处的增益和输出功率下降很严重，实测饱和输出功率约+3dBm(在105GHz)，远远无法到本发明的要求，而且测试过程中极易产生自激，导致其工作状态异常。而且，针对上述出现的问题，即使从多方面进行调整、调试，包括腔体优化设计、增加96～110GHz带通滤波器、微带线阻抗匹配调试、芯片微组装技术优化、直流供电电源优化，也无法得到解决。

在此情况下，发明人对CHA1008-99F芯片进行测试，测试结果如表1和表2所示。

频率(GHz)	96	97	98	99	100	101	102	103	104	105	106
												输入功率(dBm)	-20	-20	-20	-20	-20	-20	-20	-20	-20	-20	-20
输出功率(dBm)	-4.8	-4.7	-5	-5	-5	-5.2	-5.2	-5.5	-5.1	-5.1	-5.3
												增益(dB)	15.2	15.3	15	15	15	14.8	14.8	14.5	14.9	14.9	14.7

表1CHA1008-99F芯片的小信号测试结果

频率(GHz)	96	97	98	99	100	101	102	103	104	105	106
												输入功率(dBm)	-4	-4	-4	-4	-4	-4	-4	-4	-4	-4	-4
输出功率(dBm)	10.2	10.5	10	10	10.3	10.2	10.1	9.8	9.8	9.6	9.7
												增益(dB)	14.2	14.5	14	14	14.3	14.2	14.1	13.8	13.8	13.6	13.7

表2CHA1008-99F芯片的大信号测试结果

根据CHA1008-99F芯片的初测结果，发明人以外发现，其实测小信号增益约为15dB，且增益压缩2dB时，输出功率可以达到10dBm，这远高出其数据手册上给出的输出1dB压缩点。基于该发现，实施例中，基于CHA1008-99F芯片设计的接收端3mm功放(和第六放大器509)可如图14和图15所示。如图14所示，经多次倍频、滤波、放大后产生的3mm频段信号经CHA1008-99F芯片一级放大器放大后，再通过四功分器进行功率分配，将四路功分信号分别经四个CHA1008-99F芯片进行二级放大后，通过功率合成得到+15dBm的3mm输出信号，以此可推动FARRAN二倍频工作。如图15所示，经多次倍频、滤波、放大后产生的3mm频段信号直接经过两次CHA1008-99F芯片进行二级放大，能够得到满足要求的3mm的接收本振信号，以此可以推动FARRAN谐波混频器工作。对图14和图15所示接收端3mm功放进行测试，测试结果表3所示。由表3可以看出，基于CHA1008-99F芯片设计功率放大器，能够满足收发测量***中的功率要求。类似地，可以基于CHA1008-99F芯片设计发射端3mm功放(第三放大器210)，在接收端和发射端的功率要求一致的情况下，发射端3mm功放的设计可与接收端3mm功放的设计相同，如图14和图15，以此设计后的发射端3mm功放的测试结果可如表3。

频率(GHz)	96	97	98	99	100	101	102	103	104	105	106
												输入功率(dBm)	-15	-15	-15	-15	-15	-15	-15	-15	-15	-15	-15
输出功率(dBm)	11.3	12.1	12	11	11.2	10.9	10.8	11	10.7	10.9	10.9

表3接收端3mm功放初测结果

一实施例的200GHz频段收发测量***的使用步骤：

1.在使用上述实施例的200GHz频段收发测量***进行目标测量之前，可以对***中的各部分分别进行测试，具体过程如下：

(1)接收前端输入本振信号测试

技术指标要求：

输出频率(至第五二倍频501)：12.25～12.875GHz；

输出功率(至第五二倍频501)：12±1dBm；

杂散：≤-60dBc；

相位噪声：≤-85dBc/Hz@1kHz。

测试步骤：频率源模块部分利用信号源输入本振4GHz信号，频谱仪接入频率源输出给接收前端的部分，监测输出频点相应输出功率、杂散以及相位噪声，测试结果需要符合技术指标要求。

(2)发射前端输出射频信号测试

技术指标要求：

输出频率(至第四二倍频204)：12.5～13.125GHz；

输出功率(至第四二倍频204)：12±1dBm；

杂散：≤-60dBc；

相位噪声：≤-85dBc/Hz@1kHz。

测试步骤：频率源模块部分利用信号源输入4GHz信号，频谱仪接入频率源输出给发射前端的部分，监测输出频点相应输出功率、杂散以及相位噪声，测试结果需要符合技术指标要求。

(3)接收前端3mm模块输出功率(至第三混频器510)测试

技术指标要求：

接收前端3mm模块输出作为200GHz谐波混频器的本振，按照谐波混频器产品使用说明书要求，本振功率应在8～10dBm范围内，不大于12dBm。

测试步骤：频率源模块部分利用信号源输入12.25～12.875GHz信号，功率为12±1dBm，功率计接入接收前端输出98～103GHz信号的部分，监测输出频点相应输出功率需要符合技术指标要求。

(4)发射前端3mm模块输出功率(至第四二倍频204)测试

技术指标要求：

发射前端3mm模块输出作为200GHz倍频器的推动信号，按照倍频器产品使用说明书要求，推动功率应不小于14dBm。

测试步骤：频率源模块部分利用信号源输入12.5～13.125GHz信号，功率为12±1dBm(±1表示波动范围为1，例如，功率范围为11dBm～13dBm)，功率计接入接收前端输出100～105GHz信号的部分，监测输出频点相应输出功率需要符合技术指标要求。

(5)中频模块增益与衰减测试

技术指标要求：

中频模块最大增益设计要求为不小于60dB，中频模块最大衰减设计要求为不小于60dB，步进量为1dB。

测试步骤：在***中频模块部分接入4GHz本振信号，混频器模块后端接入频谱仪，监测模块混频器后输出频率100MHz信号部分(混频器504的输出端)的最大增益、最大衰减和步进量需要符合技术指标要求。

(6)IQ解调模块技术指标测试

技术指标要求：

IQ解调模块设计要求是在射频信号为100MHz、功率为10dBm和本振信号为100MHz、功率0dBm的条件下，输出I、Q两路直流信号，其正交性不大于5°、输出信号电平不小于±1V(依靠直流放大器保证)。

测试步骤：在***IQ解调模块部分接入射频信号和本振信号100MHz信号，功率需符合技术指标要求，示波器接入输出IQ信号部分，检测输出信号幅度和正交性。

2.在使用上述实施例的200GHz频段收发测量***进行目标测量之前，可以对***进行安装测试，过程如下：

在上述各个关键部件测试合格后，进行***测试。

(1)利用三根射频电缆连接收发模块与机箱的接收，发射和本振部分。

(2)利用J30J21ZKP接口线与RS485转USB线连接，J30J21ZKP接口线接机箱控制采集部分，USB接计算机USB口。

(3)利用采集卡J1接头与两根SMA同轴线连接，同轴线连接至机箱I/Q解调信号，用于采集I/Q输出信号，J1接头连接PCI采集卡。

(4)利用J30J9ZKP接口线连接收发模块和主机，用于给发射模块和接收模块供电。

(5)将收发天线距离1.5m摆放，测量天线主瓣未对准时，S21信号幅度，需要保证在扫频过程中采集到IQ信号大于±4V。

3.使用上述实施例的200GHz频段收发测量***进行目标成像测试，过程如下：

(1)连接收发模块与控制机箱，并保证收发天线严格置于同一的极化形式，连接控制机箱与计算机，初始化控制模块参数；

(2)初始化转台，调整转台到起始位置，或者选择合适位置为起始位置；

(3)对背景进行扫频测试，测量获得背景S21数据，并保存背景数据；

(4)保证测试环境不变的条件下，放置定标球于转台中心，对定标球进行扫频测试，得到定标球的S21数据；

(5)在其他条件不变的条件下，用待测目标取代定标球，置于转台的中心位置；

(6)调整转台到起始位置，对目标进行转角扫频测试，即每隔一定转角，计算机通过控制机箱采集一次目标的S21数据并保存到计算机中；

(7)一维成像数据处理，可以从目标的转角扫频测试数据中选择某角度下的一组数据进行一维成像处理，并显示一维图形(RCS与距离之间的关系)，也可以不用旋转直接进行扫频测试，完成一维成像。

为了解决较低频段200GHz频段，本实施例提供了一种基于固态电子学的200GHz频段收发测量***。利用这种200GHz频段收发测量***，可以为200GHz频段目标电磁辐射与散射特性研究提供一种有效可行的测试***。通过对现有太赫兹收发测量***的考查，本实施例提出了一种200GHz频段基于步进频雷达原理的固态电子学宽频带高分辨率收发测量***。通过对200GHz频段收发测量***的设计研制和一维距离成像测试，印证了***的可用性。以此能够为太赫兹频段目标电磁辐射与散射测量提供一种有效可行的测试***。***既可以与紧缩场测量***配合完成室内目标电磁散射模拟测量，也可以与二维转台合作完成目标ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar，逆合成孔径雷达)二维散射中心成像。

本发明实施例的测量***的应用实例如下：

(1)成像***RCS精度测试

使用直径20cm(RCS＝-15dBsm)的定标球定直径11cm金属球的RCS，比较测试所得直径11cm定标球的RCS与理论值(RCS＝-20dBsm)的差距。

实验结果显示，直径11cm金属球RCS测试值与理论都比较接近，金属球后向RCS值为-18.83dBsm，比照-20dBsm误差约为1dB，说明实验***可靠、成像算法正确、软件编程正确。

但是，由于收发天线间隔离只能通过调整收发天线之间的距离和夹角来解决，因而误差在1dB以内是正常的。

(2)***一维成像纵向分辨率测试

使用两个三面角反射器测试***所能达到的实际分辨率。实验分两次进行，两个角反射器前后分别相距4cm和6cm。

实验结果显示，当两个角反射器相距6cm时测试***可以将两个角反射器明显的区分开。实际测量情况下距离4cm时区分不够明显。

综上所述，本发明实施例的200GHz频段信号收发测量***，通过设置的频率源模块、发射前端模块、发射天线、接收天线、接收前端模块及中频接收模块，能够实现仅具有200GHz频段信号收发测量功能的***，不仅能够满足针对200GHz频段目标电磁辐射与散射特性研究的需求，而且能够克服现有分析仪器功能复杂、重量过大等问题。而且，所述第一射频信号和所述第二射频信号为相参信号，所述发射前端模块和所述接收前端模块中的器件是基于固态电子学原理实现的，以此，可以实现基于固态电子学原理的200GHz频段信号收发测量，填补了基于固态电子学原理的200GHz频段相参体制收发测量***的空白，且可以采用步进频率相参体制，拥有小型化、轻质量和更宽的相对带宽，且脉冲重复周期较短等优点。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一个具体实施例”、“一些实施例”、“例如”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。各实施例中涉及的步骤顺序用于示意性说明本发明的实施，其中的步骤顺序不作限定，可根据需要作适当调整。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种200GHz频段信号收发测量***，其特征在于，包括：

频率源模块，用于提供第一射频信号和第二射频信号，所述第一射频信号和所述第二射频信号为相参信号；

发射前端模块，与所述频率源模块连接，用于接收所述第一射频信号，并输出200GHz频段的第三射频信号；

发射天线，与所述发射前端模块连接，用于发射所述第三射频信号；

接收天线，用于接收所述第三射频信号对应的反射信号；

接收前端模块，分别与所述接收天线和所述频率源模块连接，用于接收所述反射信号和所述第二射频信号，并输出设定频率的第四射频信号，所述设定频率小于所述200GHz频段的频率；

中频接收模块，与所述接收前端模块连接，用于接收所述第四射频信号，并输出I/Q解调信号，以进行测量结果分析；

其中，所述发射前端模块和所述接收前端模块中的器件是基于固态电子学原理实现；

所述频率源模块包括：

第一锁相环路、第二锁相环路及第三锁相环路，用于分别生成第一本振信号、第二本振信号及初始射频信号；

功分器，与所述第三锁相环路连接，用于将所述初始射频信号分配为第一路射频信号和第二路射频信号；

第一混频器，分别与所述第一锁相环路和所述功分器连接，用于将所述第一路射频信号和第一本振信号进行混频，输出所述第一射频信号；

第二混频器，分别与所述第二锁相环路和所述功分器连接，用于将所述第二路射频信号和第二本振信号进行混频，输出所述第二射频信号。

2.如权利要求1所述的200GHz频段信号收发测量***，其特征在于，所述发射前端模块，包括：

第一倍频链路，包含依次连接的第一二倍频、第二二倍频、第三二倍频及第四二倍频，用于将所述第一射频信号的频率增大至所述200GHz频段。

3.如权利要求2所述的200GHz频段信号收发测量***，其特征在于，所述发射前端模块，还包括：

第三放大器，连接于所述第三二倍频和所述第四二倍频之间，用于对所述第一射频信号进行功率放大；所述第三放大器是基于CHA1008-99F芯片实现。

4.如权利要求3所述的200GHz频段信号收发测量***，其特征在于，所述发射前端模块，还包括：

第一滤波器及第一放大器，连接于所述第一二倍频和所述第二二倍频之间，分别用于对所述第一二倍频的输出信号进行滤波和信号放大；

第二滤波器及第二放大器，连接于所述第二二倍频和所述第三二倍频之间，分别用于对所述第二二倍频的输出信号进行滤波和信号放大；

第三滤波器，连接于所述第三二倍频和所述第四二倍频之间，用于对所述第三二倍频的输出信号进行滤波。

5.如权利要求1所述的200GHz频段信号收发测量***，其特征在于，所述接收前端模块，包括：

第二倍频链路，包含依次连接的第五二倍频、第六二倍频及第七二倍频，用于对所述第二射频信号进行倍频处理。

6.如权利要求5所述的200GHz频段信号收发测量***，其特征在于，所述接收前端模块，还包括：

第六放大器，与所述第七二倍频连接，用于对所述第七二倍频的输出信号进行功率放大；所述第六放大器是基于CHA1008-99F芯片实现。

7.如权利要求6所述的200GHz频段信号收发测量***，其特征在于，所述接收前端模块，还包括：

第四滤波器及第四放大器，连接于所述第五二倍频和所述第六二倍频之间，用于对所述第五二倍频的输出信号进行滤波和信号放大；

第五滤波器及第五放大器，连接于所述第六二倍频和所述第七二倍频之间，用于对所述第六二倍频的输出信号进行滤波和信号放大；

第六滤波器，与所述第七二倍频连接，用于对所述第七二倍频的输出信号进行滤波；

第三混频器，用于接收所述反射信号和经过滤波及功率放大后的所述第七二倍频的输出信号，并输出所述第四射频信号。

8.如权利要求1所述的200GHz频段信号收发测量***，其特征在于，所述中频接收模块，包括：

第四混频器，用于接收所述第四射频信号和一第三本振信号，并输出100MHz的第五射频信号；

I/Q解调器，与所述第四混频器连接，用于接收所述第五射频信号，并输出所述I/Q解调信号。

9.如权利要求1所述的200GHz频段信号收发测量***，其特征在于，所述发射天线和所述接收天线中的波导均为WR4波导。

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