CN110336604A - 通过变本振方式区别镜频的太赫兹信号盲检测*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了通过变本振方式区别镜频的太赫兹信号盲检测***，该***包括太赫兹天线、太赫兹射频前端、中频电路和基带电路；所述太赫兹射频前端包括太赫兹分谐波混频器；所述中频电路为所述太赫兹分谐波混频器提供本振驱动并改变本振频率；所述太赫兹天线将信号接收至太赫兹射频前端进行混频，混频后的中频信号进入所述中频电路进行放大及滤波后进入基带ADC进行解调并识别镜频。本发明采用了跳频变本振技术结合数字滤波算法对镜像频率进行抑制，即通过改变混频器本振驱动频率后，所探测频率与镜像频率经过混频器后中频频率不同的方式，通过基带算法来判断镜像频率，从而选择性的抑制镜像频率。

Description

通过变本振方式区别镜频的太赫兹信号盲检测***
技术领域
本发明涉及太赫兹信号检测技术领域，具体涉及通过变本振方式区别镜频的太赫兹信号盲检测***。
背景技术
随着无线电技术的发展，无线电犯罪活动的范围越来越广，频率越来越高，隐蔽性和流动性越来越强。因此，传统的盲检测方法和盲检测频段越来越难以满足实际需要。太赫兹波是指频率在100GHz到10THz之间的电磁波，这一段电磁频谱处于传统电子学和光子学研究频段之间的特殊位置。目前虽然太赫兹频谱相对比较纯净，但随着信息技术的发展，开发太赫兹频率信号盲检测***是十分必要的。同时，与传统的毫米波信号盲检测***相比，太赫兹信号盲检测***具有可同时监测数十GHz的特性，具有极高的研究价值。
目前尚无太赫兹频段的信号盲检测***方案。信号盲检测***的检测带宽取决于前端电路的带宽和基带中模数转换器(ADC)的可处理信号的带宽。受制于ADC的发展，目前商用ADC芯片的采样率最高只有10.25GSPS(https://www.analog.com/cn/products/ad9213.html)，如果只采用一路ADC对空间信号进行检测，其检测带宽较窄，仅使用了太赫兹信道中一部分频谱资源，无法充分发挥太赫兹频带大带宽的优势，限制了太赫兹信号盲检测***的有效检测范围，降低了太赫兹频谱资源的使用效率。同时，在太赫兹频段，由于镜像抑制混频器的缺乏，以往的太赫兹接收机***通常采用普通的平衡混频器。但平衡混频器无法区别信号的上下两个边带，也就是说无法将镜像频率与所检测频率有效区分开来，这严重影响了太赫兹信号盲检测***的有效检测。那么如何有效的滤除镜像频率，消除镜像频率所带来的影响就成为了太赫兹盲检测***设计的难点。
发明内容
为了有效抑制镜像频率以及提高检测范围，本发明提供了通过变本振方式区别镜频的太赫兹信号盲检测***，该***在检测***前端电路部分进行了改进，采用跳频变本振技术，在基带电路部分采用数字滤波方式对镜像频率进行有效识别并滤除，避免使用太赫兹滤波器所带来的额外的电路损耗，同时在同样ADC采样率的情况下，可实时盲检测宽带为普通检测***的N倍，大大提高了检测范围。
本发明通过下述技术方案实现：
通过变本振方式区别镜频的太赫兹信号盲检测***，该***包括太赫兹天线、太赫兹射频前端、中频电路和基带电路；所述太赫兹射频前端包括太赫兹分谐波混频器；所述中频电路为所述太赫兹分谐波混频器提供本振驱动并改变本振频率；所述太赫兹天线将信号接收至太赫兹射频前端进行混频，混频后的中频信号进入所述中频电路进行放大及滤波后进入基带ADC进行解调并识别镜频。
优选的，所述中频电路包括50MHz晶振、锁相介质振荡器和数字跳频模块；所述太赫兹射频前端还包括太赫兹倍频链路；所述50MHz晶振信号经过锁相介质振荡器、数字跳频模块以及太赫兹倍频链路，产生太赫兹信号为太赫兹分谐波混频器提供本振驱动，通过数字跳频模块改变本振频率。
优选的，由数字跳频模块控制改变本振频率，基带电路通过比较变化后的本振信号与镜频信号、以及变化后的本振信号与所探测信号来识别镜频信号和所探测信号，并对镜频信号进行剔除，以抑制镜像频率。
优选的，所述中频电路还包括低噪声放大器和低频滤波器，所述低噪声放大器用于对混频后的中频信号进行放大，所述低通滤波器用于对放大后的信号进行低通滤波。
优选的，所述中频电路还包括中频混频器和多工器；所述基带电路包括N路ADC，其中，N为大于等于2的正整数；混频后的中频信号进入所述中频电路，通过放大和滤波后，再经过多工器分为N路，一路直接进入ADC进行解调，另外N-1路经由各自的中频混频器变频后再进入ADC进行解调并识别镜频。
优选的，所述中频电路中由50MHz晶振信号经过锁相环线路，产生毫米波信号分别为中频混频器提供本振驱动。
优选的，在N路ADC的前端分别设置一路低通滤波器，在多工器与N-1路中频混频器之间分别设置一路高通滤波器；所述低通滤波器和高通滤波器用于滤除无用信号。
本发明具有如下的优点和有益效果：
1、为了实现抑制镜像频率，本发明采用了跳频变本振技术结合数字滤波算法对镜像频率进行抑制，即通过改变混频器本振驱动频率后，所探测频率与镜像频率经过混频器后中频频率不同的方式，通过基带算法来判断镜像频率，从而选择性的抑制镜像频率。
2、本发明在检测***前端电路部分进行了改进，将检测到的信号经由太赫兹混频器搬移到中频后分成多路信号(N路)，每一路信号经由各自的ADC分别进行处理，本发明最大限度地利用了太赫兹信道的频谱资源，在同样ADC采样率的情况下，可实时盲检测带宽为普通接收机的N倍，同时也大大提高了频谱资源的使用效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明第一实施例的***原理示意图。
图2为本发明的镜频判别方法流程示意图。
图3为本发明第二实施例的***原理示意图。
具体实施方式
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提出了一种通过变本振方式区别镜频的太赫兹信号盲检测***，本实施例的***采用了跳频变本振技术结合数字滤波算法对镜像频率进行抑制，即通过改变混频器本振驱动频率后，所探测频率与镜像频率经过混频器后中频频率不同的方式，通过基带算法来判断镜像频率，从而选择性的抑制镜像频率。
本实施例中，该***包括太赫兹天线、太赫兹射频前端、中频电路和基带电路；所述太赫兹射频前端包括太赫兹分谐波混频器；所述中频电路为所述太赫兹分谐波混频器提供本振驱动并改变本振频率。如图1所示。所述太赫兹天线将信号接收至太赫兹射频前端进行混频，混频后的中频信号进入所述中频电路进行放大及滤波后进入基带ADC进行解调并采用数字滤波算法来识别镜频。
本实施例中，所述中频电路还包括低噪声放大器和低频滤波器，所述低噪声放大器用于对混频后的中频信号进行放大，所述低通滤波器用于对放大后的信号进行低通滤波。
本实施例中，所述中频电路包括50MHz晶振、锁相介质振荡器和数字跳频模块；所述太赫兹射频前端还包括太赫兹倍频链路；所述50MHz晶振信号经过锁相介质振荡器(Phase-locked Dielectric Resonator Oscillator,PDRO)、数字跳频模块以及太赫兹倍频链路，产生太赫兹信号为太赫兹分谐波混频器提供本振驱动。其中数字跳频模块用来改变本振，从而达到区别镜频的目的。
本实施例中，由数字跳频模块控制改变本振频率，基带电路通过比较变化后的本振信号与镜频信号、以及变化后的本振信号与所探测信号来识别镜频信号和所探测信号，并对镜频信号进行剔除，以抑制镜像频率。
如图2所示的镜频判别方法流程图，本实施例中，通过数字滤波算法来区分镜频原理如下：当接收到射频信号时，由所述数字跳频模块控制改变本振频率，频率进行变换(如图2所示的在原本振信号220GHz和较低本振信号219GHz两个频率进行跳变)，变化后的本振信号与镜频信号的差值较小，而变化后的本振信号与所探测信号差值较大，则通过判断变化后的本振信号与信号的差值即可区分是镜频信号还是所探测信号，并对镜频信号进行剔除，从而达到识别镜频的目的。
本实施例通过改变本振频率，通过数字基带算法判断是否为镜频，从而达到区别镜频的目的；既防止了镜频信号对探测***的干扰，又避免了使用太赫兹滤波器所带来的额外的电路损耗，进一步提升了太赫兹信号盲检测***的性能。
实施例2
基于上述实施例1，本实施例提出的盲检测***中，所述中频电路还包括N-1路中频混频器和多工器；所述基带电路包括N路ADC，其中，N为大于等于2的正整数；如图3所示。
***工作原理：太赫兹天线将信号接收至太赫兹分谐波混频器中进行混频，混频后的中频信号进入所述中频电路，通过中频低噪声放大器进行放大，以及低通滤波器滤掉无用信号后，再经过多工器分为N路，一路直接进入ADC进行解调，其他N-1路经由各自的中频混频器变频至合适的频段再进入各自的ADC分别进行解调并采用数字滤波算法来识别镜频。
所述中频电路还包括N路低通滤波器和N-1路高通滤波器，所述N路低通滤波器分别设置在N路ADC的前端；所述N-1路高通滤波器分别设置在多工器和N-1路中频混频器之间。
其中，所述低通滤波器(Low-Pass Filter,LPF)和高通滤波器(High-PassFilter,HPF)对无用信号进行有效的滤除，降低了***的信杂比，保证了通信***的正常工作。
本实施例中，所述中频电路中，50MHz晶振信号经过锁相环电路(Phase LockedLoop,PLL)，产生毫米波信号为中频混频器提供本振驱动。其中50MHz晶振信号经过锁相介质振荡器(Phase-locked Dielectric Resonator Oscillator,PDRO)与太赫兹倍频链路，产生太赫兹信号为太赫兹分谐波混频器提供本振驱动。
本实施例中的***采用N路ADC分别处理不同频带的信号，在同样ADC采样率的情况下，可实时盲检测带宽为普通接收机的N倍，同时也大大提高了频谱资源的使用效率。
以上所述的具体实施方式，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方式而已，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 (7)

1.通过变本振方式区别镜频的太赫兹信号盲检测***，其特征在于，该***包括太赫兹天线、太赫兹射频前端、中频电路和基带电路；所述太赫兹射频前端包括太赫兹分谐波混频器；所述中频电路为所述太赫兹分谐波混频器提供本振驱动并改变本振频率；所述太赫兹天线将信号接收至太赫兹射频前端进行混频，混频后的中频信号进入所述中频电路进行放大及滤波后进入基带ADC进行解调并识别镜频。
2.根据权利要求1所述的通过变本振方式区别镜频的太赫兹信号盲检测***，其特征在于，所述中频电路包括50MHz晶振、锁相介质振荡器和数字跳频模块；所述太赫兹射频前端还包括太赫兹倍频链路；所述50MHz晶振信号经过锁相介质振荡器、数字跳频模块以及太赫兹倍频链路，产生太赫兹信号为太赫兹分谐波混频器提供本振驱动，通过数字跳频模块改变本振频率。
3.根据权利要求2所述的通过变本振方式区别镜频的太赫兹信号盲检测***，其特征在于，由数字跳频模块控制改变本振频率，基带电路通过比较变化后的本振信号与镜频信号、以及变化后的本振信号与所探测信号来识别镜频信号和所探测信号，并对镜频信号进行剔除，以抑制镜像频率。
4.根据权利要求1-3任一项所述的通过变本振方式区别镜频的太赫兹信号盲检测***，其特征在于，所述中频电路还包括低噪声放大器和低频滤波器，所述低噪声放大器用于对混频后的中频信号进行放大，所述低通滤波器用于对放大后的信号进行低通滤波。
5.根据权利要求1-3任一项所述的通过变本振方式区别镜频的太赫兹信号盲检测***，其特征在于，所述中频电路还包括中频混频器和多工器；所述基带电路包括N路ADC，其中，N为大于等于2的正整数；混频后的中频信号进入所述中频电路，通过放大和滤波后，再经过多工器分为N路，一路直接进入ADC进行解调，另外N-1路经由各自的中频混频器变频后再进入ADC进行解调并识别镜频。
6.根据权利要求5所述的通过变本振方式区别镜频的太赫兹信号盲检测***，其特征在于，所述中频电路中由50MHz晶振信号经过锁相环线路，产生毫米波信号分别为中频混频器提供本振驱动。
7.根据权利要求5所述的通过变本振方式区别镜频的太赫兹信号盲检测***，其特征在于，在N路ADC的前端分别设置一路低通滤波器，在多工器与N-1路中频混频器之间分别设置一路高通滤波器；所述低通滤波器和高通滤波器用于滤除无用信号。
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