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调频连续波体制太赫兹雷达发射机技术研究
摘要：
本文对调频连续波体制的太赫兹雷达发射机技术进行了研究和分析。首先，介绍了太赫兹雷达的基本原理及其应用领域。然后，详细阐述了调频连续波体制的太赫兹雷达发射机技术的实现原理和优势。接着，文中针对太赫兹段频段的特点，分析和比较了不同频率调制方式的优缺点，并结合实际应用需求，提出了一种适合太赫兹雷达的调频连续波体制发射机方案。最后，通过实验数据对方案进行了验证，证明了方案的有效性。
关键词：太赫兹雷达；调频连续波体制；发射机技术；频率调制；方案研究；实验验证
一、绪论
太赫兹辐射是指介于微波和红外之间的电磁波辐射，频率范围是0.1THz到10THz。太赫兹辐射在材料的成像、厚度测量、导电性和磁性研究等方面有广泛的应用。其中，太赫兹雷达是太赫兹辐射应用的一种重要形式，主要用于探测物体的立体形状和材料属性等信息。
太赫兹雷达的核心部分是发射机、接收机和信号处理系统。发射机是太赫兹雷达中最关键的部件，其发射的信号质量对探测性能有着直接的影响。目前太赫兹雷达发射机中最常用的是平移式单频发射机和频率合成式多频发射机。然而，这两种发射机在信号频率扫描方面存在不足，因此不能满足太赫兹应用领域对较高分辨率和更丰富材料特性探测的需求。
调频连续波体制的太赫兹雷达发射机技术可以有效地解决这一问题。本文将对调频连续波体制的太赫兹雷达发射机技术进行深入研究，探讨该技术在太赫兹雷达领域中的应用前景和发展方向。
二、太赫兹雷达调频连续波体制发射机技术
1.调频连续波体制发射机的实现原理
调频连续波体制是一种常用的太赫兹辐射信号发生方式。其原理是通过改变发射信号的频率，使其在太赫兹范围内扫描频率，从而实现对目标物体的探测。调频连续波体制发射机的基本结构如图1所示：
图1调频连续波体制发射机的基本结构
调频连续波体制发射机由可调频率电压控制振荡器（VCO）、参考信号发生器、微波混频器、功率放大器等组成。VCO负责在指定频率范围内发生调频信号，并将其输入混频器中混频。参考信号发生器输出参考信号信号与调频信号混频得到中频信号，中频信号通常是10MHz到100MHz之间的低频信号。中频信号接着经过功率放大器放大，输出到太赫兹天线发出。
2.调频连续波体制的优势
调频连续波体制的太赫兹雷达发射机技术相对于传统的单频或多频发射机有以下优势：
（1）频率能够无缝扫描。在实际应用中，目标物体的反射信号往往存在频率相位反转、动态信噪比和距离模糊等问题。调频连续波体制发射机可以实现在频率上无缝滑动扫描，这样可以克服这些问题，提高探测效率和探测精度。
（2）信号可控性强。调频连续波体制发射机可以通过调节参数控制发射信号的每一个频率点，这样可以实现对探测目标的深入和细微探测。
（3）信号处理简单。调频连续波体制发射机输出的信号具有一定的自相关性质，方便后续的信号处理，提高探测精度。
三、针对太赫兹段频段的发射机频率调制方式分析
太赫兹频率段有许多专利频段，因此发射机所使用的频率调制方式对于太赫兹雷达的性能和应用范围有着关键的影响。对于不同的应用领域和要求，需要选择不同的频率调制方式。
1.线性调频（LinearFrequencyModulation，LFM）
线性调频方法是指在一定扫描范围内，信号以瞬时频率线性变化。LFM信号可以提供较低的自相关峰宽度，使得信号具有良好的分辨率、弱目标探测能力和抗干扰能力。然而，LFM信号也存在着动态范围的限制以及反射对象距离分辨能力的差异问题。
2.常规调制方法
常规调制方法包括方波调制、三角波调制、正反双角波调制等。方波调制具有信号功率偏高、复杂回波等缺点，因此对于正弦振荡脉冲波发射机，不再使用方波调制方式。三角波调制在采用相位移制声处理时具有很大的优势，但是由于三角波的峰值值偏低，频谱能量不集中，信噪比偏低，抗干扰能力较差。正反双角波调制则具有波形光滑、能量均匀、抗干扰能力强等优点。
3.压缩调制方法
压缩调制方法是指在发射信号和接收信号中采用相同的压缩序列，以实现对于目标目标物体距离和速度等信息的探测。压缩调制方法具有简单的硬件实现、良好的控制性、稳定性更好等优势，但是要求信号具有较长的时延。
四、调频连续波体制太赫兹雷达发射机的方案研究
基于以上分析，本文提出了一种适合太赫兹雷达的调频连续波体制发射机方案：采用正反双角波调制方式，以20GHz为中心，带宽为2GHz，输出功率为10mW左右。因为正反双角波调制具有波形光滑、能量均匀、抗干扰能力强等优点，而20GHz频段是典型的太赫兹频段之一，适用于材料方面的精准探测。
图2调频连续波体制发射机方案示意图
五、实验验证
为了验证方案的有效性，本文进行了如下实验。首先，搭建了调频连续波体制发射机的实验平台。其具体实验流程如下：
（1）利用频谱分析仪调谐中