本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種單獨(dú)熱路熱敏式太赫茲功率探頭，涉及電磁波功率測(cè)量技術(shù)，包括太赫茲波導(dǎo)、功率敏感體和熱沉基座三部分，功率敏感體是核心，由太赫茲功率吸收器、熱路支撐體、兩個(gè)熱敏傳感器組成。太赫茲電磁波通過(guò)法蘭或轉(zhuǎn)接器進(jìn)入太赫茲波導(dǎo)，被位于該波導(dǎo)內(nèi)的太赫茲功率吸收器吸收并轉(zhuǎn)化為熱量，這熱量一邊把太赫茲功率吸收器本身加熱，一邊通過(guò)熱路支撐體向熱沉基座方向傳導(dǎo)，使得位于熱路支撐體兩個(gè)不同位置上的兩個(gè)熱敏傳感器，測(cè)量出它們所處位置之間的溫度差。在達(dá)到熱平衡的條件下，該溫度差與太赫茲電磁波功率成正比。通過(guò)向第一熱敏傳感器注入電功率的方式對(duì)功率探頭定標(biāo)。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)的太赫茲功率探頭，解決了太赫茲波的功率測(cè)量問(wèn)題。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及電磁波功率測(cè)量
，是一種單獨(dú)熱路熱敏式太赫茲功率探頭。
技術(shù)介紹
電磁波的功率測(cè)量是一切電磁波應(yīng)用的基礎(chǔ)。例如，雷達(dá)就是通過(guò)比較檢測(cè)發(fā)射電磁波和目標(biāo)反射電磁波的差異而實(shí)現(xiàn)雷達(dá)功能的，這種檢測(cè)包括功率測(cè)量。其實(shí)，一切探傷或成像應(yīng)用都需要這種檢測(cè)。此外，一切電磁設(shè)備的研制過(guò)程及其性能評(píng)價(jià)都需要這種測(cè)量。最近十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外都出現(xiàn)了對(duì)THz技術(shù)進(jìn)行研究的熱潮，同時(shí)出現(xiàn)了巨大的應(yīng) 用需求。第一種應(yīng)用在天文學(xué)領(lǐng)域，由于許多遙遠(yuǎn)的星體都輻射THz頻段的電磁波，以被動(dòng)方式觀察星體輻射的射電天文望遠(yuǎn)鏡需要THz電磁波源作為本振源。第二種運(yùn)用在物質(zhì)特性研究領(lǐng)域，因?yàn)樵S多物質(zhì)的吸收峰在THz頻段，因此THz電磁波在物質(zhì)特性、化學(xué)動(dòng)力學(xué)及原子或分子內(nèi)能量劃分與能量流動(dòng)問(wèn)題的研究方面可能大有機(jī)會(huì)。例如，利用THz傳輸和遠(yuǎn)紅外頻譜儀可以研究溶解的HCI的旋轉(zhuǎn)吸收譜。第三種應(yīng)用是成像與探測(cè)，第四中應(yīng)用是通信。如，2006年日本NTT公司研制成功了能覆蓋I. 5公里的THz通信演示系統(tǒng)。此外，THz電磁波具有很強(qiáng)的軍事應(yīng)用背景。例如，美國(guó)已經(jīng)研制成功工作于W波段的星載成像雷達(dá)和工作在O. 225THz機(jī)載成像雷達(dá)系統(tǒng)。又如，歐美國(guó)家還正在開(kāi)展多個(gè)關(guān)于THz通信、成像及材料檢測(cè)方面的項(xiàng)目，這些項(xiàng)目都具有軍事應(yīng)用或反恐應(yīng)用背景。近十年來(lái)，人們對(duì)THz領(lǐng)域的研究在國(guó)內(nèi)外都引起了極高的熱情，同時(shí)得到了各國(guó)政府的高度重視和大力支持。世界上已經(jīng)有100多個(gè)研究組織開(kāi)展了 THz電磁波相關(guān)領(lǐng)域研究，涉及美國(guó)、日本、德國(guó)、澳大利亞、韓國(guó)、中國(guó)臺(tái)灣和中國(guó)大陸等。但是，在太赫茲電磁波的功率檢測(cè)技術(shù)還僅僅處于起步階段，雖然國(guó)際上正在努力獲得基本的檢測(cè)設(shè)備，但目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)一款太赫茲?rùn)z測(cè)設(shè)備可供使用。因此，太赫茲電磁波的功率檢測(cè)技術(shù)成了目前方興未艾的太赫茲應(yīng)用研究及太赫茲設(shè)備研究中首先急需攻克的難關(guān)。同微波、毫米波一樣，太赫茲波也是一種電磁波，只是頻率更高或波長(zhǎng)更短而已。因此，人們自然會(huì)設(shè)想把微波、毫米波的功率測(cè)量技術(shù)推廣到太赫茲頻域。但事實(shí)這種設(shè)想受到現(xiàn)有器件和技術(shù)水平的限制。比如，在毫米波以下頻段，電磁波的功率測(cè)量廣泛采用檢波器進(jìn)行。而作為檢波器的核心的二極管，只能在其極限工作頻率以下起到檢波作用。由于二極管的極限工作頻率的限制，目前還沒(méi)有采用二極管檢波器的太赫茲頻域的功率計(jì)。事實(shí)上，目前太赫茲波的功率測(cè)量目前還是一個(gè)遠(yuǎn)未完全得到解決的問(wèn)題。根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)看，太赫茲波的電場(chǎng)或功率測(cè)量測(cè)量起碼有三種技術(shù)可供選擇。第一種仍然是采用檢波器的形式，但這種形式取決于新的檢波器件。最近報(bào)道日本專(zhuān)利技術(shù)了一種基于GaAs場(chǎng)效應(yīng)管的太赫茲?rùn)z波器。第二種技術(shù)是通過(guò)非線性晶體把太赫茲波上變頻到光波頻域，然后采用光譜計(jì)進(jìn)行測(cè)量。第三種技術(shù)采用熱敏式測(cè)量，即所測(cè)量的是太赫茲波轉(zhuǎn)換成熱量后的功率。無(wú)論采用何種技術(shù)，大多數(shù)的測(cè)量都是針對(duì)空間中某一個(gè)區(qū)域的太赫茲波進(jìn)行的，因而所得結(jié)果并非總共率，因此不適宜于用來(lái)對(duì)太赫茲返波管、太赫茲行波管等太赫茲源的總功率進(jìn)行測(cè)量和評(píng)價(jià)。目前國(guó)外開(kāi)展太赫茲電場(chǎng)或功率檢測(cè)方面研究的情況簡(jiǎn)述如下。在歐洲航天局(ESA)的資金支持下，STAR Tiger開(kāi)展了 500GHz微機(jī)械陣元探測(cè)器及使用該陣元的成像系統(tǒng)的研究；在歐盟(EU)的資金支持下，WANTED開(kāi)展了 I-IOTHz的量子級(jí)聯(lián)激光(QCL)源及探測(cè)器的研究，THzBRIDGE開(kāi)展了 THz生物醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)和光譜分析儀系統(tǒng)的應(yīng)用研究；此外在歐盟委員會(huì)(EC)的資金支持下，Teravision開(kāi)展了 THz時(shí)域光譜儀的研究。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)的目的是公開(kāi)一種單獨(dú)熱路熱敏式太赫茲功率探頭，采用單獨(dú)熱路熱敏測(cè)量方法測(cè)量太赫茲電磁波的功率，以滿足當(dāng)前太赫茲應(yīng)用研究的需要。 為達(dá)到上述目的，本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)解決方案是一種單獨(dú)熱路熱敏式太赫茲功率探頭，其包括太赫茲波導(dǎo)、功率敏感體和熱沉基座三部分，其中，太赫茲波導(dǎo)左端設(shè)有連接件，連接件與太赫茲電磁波通道固接，且太赫茲電磁波通道與太赫茲波導(dǎo)中心通道相通連；功率敏感體包括太赫茲功率吸收器、波導(dǎo)支撐體、熱敏傳感器、熱路支撐體，其中，太赫茲功率吸收器、熱路支撐體呈棍狀，位于筒形波導(dǎo)支撐體內(nèi)，太赫茲功率吸收器右端與熱路支撐體左端固接，兩者成一線，太赫茲功率吸收器、熱路支撐體、波導(dǎo)支撐體三者共一中心軸，太赫茲功率吸收器左端為錐狀，伸出于波導(dǎo)支撐體左端；熱路支撐體外周上順序纏繞有第一、第二熱敏傳感器，兩熱敏傳感器之間有間隙，第一、第二熱敏傳感器各自?xún)啥私?jīng)引線穿過(guò)波導(dǎo)支撐體側(cè)壁與外電路電連接；波導(dǎo)支撐體通道內(nèi)左端設(shè)有板狀絕熱支撐結(jié)構(gòu)，絕熱支撐結(jié)構(gòu)有通孔，通孔套設(shè)于太赫茲功率吸收器與熱路支撐體固接部，并固接，絕熱支撐結(jié)構(gòu)外緣固接于波導(dǎo)支撐體內(nèi)壁；波導(dǎo)支撐體水平設(shè)置，左端與太赫茲波導(dǎo)右端固接，太赫茲功率吸收器左端錐狀伸入太赫茲波導(dǎo)內(nèi)；塊狀熱沉基座的左側(cè)面設(shè)有與波導(dǎo)支撐體右端、熱路支撐體右端相適配的凹槽，波導(dǎo)支撐體右端、熱路支撐體右端分別固接于凹槽內(nèi)，與熱沉基座左側(cè)面正交。所述的單獨(dú)熱路熱敏式太赫茲功率探頭，其所述太赫茲功率吸收器左端錐狀伸入太赫茲波導(dǎo)內(nèi)，位于太赫茲波導(dǎo)內(nèi)中心軸上。所述的單獨(dú)熱路熱敏式太赫茲功率探頭，其所述第一、第二熱敏傳感器各自?xún)啥私?jīng)引線穿過(guò)波導(dǎo)支撐體側(cè)壁，是各引線穿過(guò)波導(dǎo)支撐體側(cè)壁上相應(yīng)的通孔，在引線與通孔間設(shè)有熱敏傳感器絕緣子，熱敏傳感器絕緣子固接于通孔和波導(dǎo)支撐體外側(cè)壁。所述的單獨(dú)熱路熱敏式太赫茲功率探頭，其所述波導(dǎo)支撐體左端與太赫茲波導(dǎo)右端固接，或太赫茲波導(dǎo)右端面固接于絕熱支撐結(jié)構(gòu)左側(cè)面。所述的單獨(dú)熱路熱敏式太赫茲功率探頭，其所述固接，其方法為膠結(jié)、燒結(jié)、焊接或螺接方法其中之一，或它們的組合。所述的單獨(dú)熱路熱敏式太赫茲功率探頭，其所述太赫茲波導(dǎo)、波導(dǎo)支撐體、熱沉基座，為無(wú)氧銅、鋁的金屬材料；太赫茲吸收器，為摻C BeO、摻C Al2O3、或摻C AlN的陶瓷材料；引線，為Ni、mo的金屬材料；熱路支撐體，為BeO、Al2O3、或AlN陶瓷材料，并在兩端金屬化；熱敏傳感器，為W、Mo、Pt的金屬材料；熱敏傳感器絕緣子，為聚四氟乙烯、有機(jī)玻璃、電木、磺胺材料或Al2O3陶瓷材料。所述的單獨(dú)熱路熱敏式太赫茲功率探頭，其所述螺接方法，為螺孔、螺栓連接。所述的單獨(dú)熱路熱敏式太赫茲功率探頭，其是利用功率敏感體中的第一、第二熱敏傳感器之間的溫度差計(jì)算太赫茲波的功率；在熱平衡條件下，推導(dǎo)得出如下公式P = η ΔΤ(I)其中，P是在熱路支撐體上傳導(dǎo)的熱流功率，AT是第一、第二熱敏傳感器之間的溫度差；式中n由下式給出n = kS/L(2) 其中，k是熱路支撐體的導(dǎo)熱系數(shù)，L是兩個(gè)熱敏傳感器之間的距離，S是熱路支撐體的橫截面積。所述的單獨(dú)熱路熱敏式太赫茲功率探頭，其工作流程為a)首先，向第一熱敏傳感器注入電功率，并同時(shí)測(cè)出第一、第二熱敏傳感器之間相應(yīng)的溫度差，得到一個(gè)定標(biāo)功率-溫度差的定標(biāo)函數(shù)；b)實(shí)測(cè)太赫茲波功率時(shí)，太赫茲電磁波通過(guò)法蘭或轉(zhuǎn)接器進(jìn)入太赫茲波導(dǎo)，被位于該波導(dǎo)內(nèi)的太赫茲功率吸收器吸收并轉(zhuǎn)化為熱量；c)這些熱量一邊把太赫茲功率吸收器本身加熱，一邊通過(guò)熱路支撐體向熱沉基座方向傳導(dǎo)，造成熱路支撐體上處于兩個(gè)不同位置的第一、第二熱敏傳感器之間產(chǎn)生溫度差本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種單獨(dú)熱路熱敏式太赫茲功率探頭，其特征在于，包括太赫茲波導(dǎo)、功率敏感體和熱沉基座三部分，其中，太赫茲波導(dǎo)左端設(shè)有連接件，連接件與太赫茲電磁波通道固接，且太赫茲電磁波通道與太赫茲波導(dǎo)中心通道相通連；功率敏感體包括太赫茲功率吸收器、波導(dǎo)支撐體、熱敏傳感器、熱路支撐體，其中，太赫茲功率吸收器、熱路支撐體呈棍狀，位于筒形波導(dǎo)支撐體內(nèi)，太赫茲功率吸收器右端與熱路支撐體左端固接，兩者成一線，太赫茲功率吸收器、熱路支撐體、波導(dǎo)支撐體三者共一中心軸，太赫茲功率吸收器左端為錐狀，伸出于波導(dǎo)支撐體左端；熱路支撐體外周上順序纏繞有第一、第二熱敏傳感器，兩熱敏傳感器之間有間隙，第一、第二熱敏傳感器各自?xún)啥私?jīng)引線穿過(guò)波導(dǎo)支撐體側(cè)壁與外電路電連接；波導(dǎo)支撐體通道內(nèi)左端設(shè)有板狀絕熱支撐結(jié)構(gòu)，絕熱支撐結(jié)構(gòu)有通孔，通孔套設(shè)于太赫茲功率吸收器與熱路支撐體固接部，并固接，絕熱支撐結(jié)構(gòu)外緣固接于波導(dǎo)支撐體內(nèi)壁；波導(dǎo)支撐體水平設(shè)置，左端與太赫茲波導(dǎo)右端固接，太赫茲功率吸收器左端錐狀伸入太赫茲波導(dǎo)內(nèi)；塊狀熱沉基座的左側(cè)面設(shè)有與波導(dǎo)支撐體右端、熱路支撐體右端相適配的凹槽，波導(dǎo)支撐體右端、熱路支撐體右端分別固接于凹槽內(nèi)，與熱沉基座左側(cè)面正交。...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種單獨(dú)熱路熱敏式太赫茲功率探頭，其特征在于，包括太赫茲波導(dǎo)、功率敏感體和熱沉基座三部分，其中，太赫茲波導(dǎo)左端設(shè)有連接件，連接件與太赫茲電磁波通道固接，且太赫茲電磁波通道與太赫茲波導(dǎo)中心通道相通連； 功率敏感體包括太赫茲功率吸收器、波導(dǎo)支撐體、熱敏傳感器、熱路支撐體，其中，太赫茲功率吸收器、熱路支撐體呈棍狀，位于筒形波導(dǎo)支撐體內(nèi)，太赫茲功率吸收器右端與熱路支撐體左端固接，兩者成一線，太赫茲功率吸收器、熱路支撐體、波導(dǎo)支撐體三者共一中心軸，太赫茲功率吸收器左端為錐狀，伸出于波導(dǎo)支撐體左端；熱路支撐體外周上順序纏繞有第一、第二熱敏傳感器，兩熱敏傳感器之間有間隙，第一、第二熱敏傳感器各自?xún)啥私?jīng)引線穿過(guò)波導(dǎo)支撐體側(cè)壁與外電路電連接； 波導(dǎo)支撐體通道內(nèi)左端設(shè)有板狀絕熱支撐結(jié)構(gòu)，絕熱支撐結(jié)構(gòu)有通孔，通孔套設(shè)于太赫茲功率吸收器與熱路支撐體固接部，并固接，絕熱支撐結(jié)構(gòu)外緣固接于波導(dǎo)支撐體內(nèi)壁； 波導(dǎo)支撐體水平設(shè)置，左端與太赫茲波導(dǎo)右端固接，太赫茲功率吸收器左端錐狀伸入太赫茲波導(dǎo)內(nèi)； 塊狀熱沉基座的左側(cè)面設(shè)有與波導(dǎo)支撐體右端、熱路支撐體右端相適配的凹槽，波導(dǎo)支撐體右端、熱路支撐體右端分別固接于凹槽內(nèi)，與熱沉基座左側(cè)面正交。2.如權(quán)利要求I所述的單獨(dú)熱路熱敏式太赫茲功率探頭，其特征在于，所述太赫茲功率吸收器左端錐狀伸入太赫茲波導(dǎo)內(nèi)，位于太赫茲波導(dǎo)內(nèi)中心軸上。3.如權(quán)利要求I所述的單獨(dú)熱路熱敏式太赫茲功率探頭，其特征在于，所述第一、第二熱敏傳感器各自?xún)啥私?jīng)引線穿過(guò)波導(dǎo)支撐體側(cè)壁，是各引線穿過(guò)波導(dǎo)支撐體側(cè)壁上相應(yīng)的通孔，在引線與通孔間設(shè)有熱敏傳感器絕緣子，熱敏傳感器絕緣子固接于通孔和波導(dǎo)支撐體外側(cè)壁。4.如權(quán)利要求I所述的單獨(dú)熱路熱敏式太赫茲功率探頭，其特征在于，所述波導(dǎo)支撐體左端與太赫茲波導(dǎo)右端固接，或太赫茲波導(dǎo)右端面固接于絕熱支撐結(jié)構(gòu)左側(cè)面。5.如權(quán)利要求1、3或4所述的單獨(dú)熱路熱敏式太赫茲功率探頭，其特征在于，所述固接...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王自成，趙建東，李海強(qiáng)，徐安玉，董芳，劉韋，黃明光，郝保良，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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