一种基于单位置模型的太赫兹探针瞬态特性校准方法和系统技术方案

本申请实施例提供一种基于单位置模型的太赫兹探针瞬态特性校准方法和系统，所述方法包括以下步骤：太赫兹脉冲信号沿共面波导从左向右传输，将共面波导整体长度的居中位置设为测量参考面，测量太赫兹脉冲波形；将待测太赫兹探针的同轴端与终端连接50Ω负载的长同轴电缆连接，压接至所述测量参考面，测量太赫兹脉冲波形；将待测太赫兹探针同轴端连接的器件由终端连接50Ω负载的同轴电缆更换为偏置短路器，测量太赫兹脉冲波形；计算所述待测太赫兹探针的时域瞬态响应。本申请还提供了一个适用于以上方法的装置。与现有技术太赫兹探针校准方法和装置比较，本申请具有噪声和不确定度小的有益效果。

A calibration method and system for transient characteristics of terahertz probe based on single position model

The embodiment of the application provides a method and system for calibrating the transient characteristics of a terahertz probe based on a single position model. The method comprises the following steps: the terahertz pulse signal is transmitted from left to right along the coplanar waveguide, the center position of the overall length of the coplanar waveguide is set as the measurement reference plane, and the terahertz pulse waveform is measured; the coaxial end of the terahertz probe to be measured is connected with a terminal of 50 \u03a9 negative Connect the loaded long coaxial cable, crimp it to the measurement reference surface, and measure the terahertz pulse waveform; replace the device connected to the coaxial end of the terahertz probe to be measured with a bias shorter from the coaxial cable connected to the 50 \u03a9 load at the terminal, and measure the terahertz pulse waveform; calculate the time-domain transient response of the terahertz probe to be measured. The application also provides a device suitable for the above methods. Compared with the existing terahertz probe calibration method and device, the application has the beneficial effect of low noise and uncertainty.

【技术实现步骤摘要】
一种基于单位置模型的太赫兹探针瞬态特性校准方法和系统
本专利技术涉及太赫兹探针校准领域，特别是一种基于单位置模型的太赫兹探针瞬态特性校准方法和系统。
技术介绍
目前，已经提出了基于三位置模型和两位置模型的太赫兹探针瞬态特性的校准方法，这两种方法克服了传统基于矢量网络分析仪(VectorNetworkAnalyser，VNA)获得太赫兹探针频域频率响应方法的缺陷，既可以得到太赫兹探针的频域瞬态特性又可得到其时域瞬态特性，而且可得到太赫兹探针110GHz以上频率分量的信息。但对这两种方法而言，间距的准确度直接影响太赫兹探针瞬态特性的准确度，而且测量配置多、耗时长、数据处理复杂、不确定度传递链长，导致太赫兹探针瞬态响应校准结果噪声和不确定度大。
技术实现思路
本申请提出了一种基于单位置模型的太赫兹探针瞬态特性校准方法和系统，解决现有技术噪声和不确定度大的问题。本申请实施例采用下述技术方案：本申请实施例提供一种基于单位置模型的太赫兹探针瞬态特性校准方法，包括以下步骤：太赫兹脉冲信号沿共面波导从左向右传输，将共面波导整体长度的居中位置设为测量参考面，使采样光脉冲光斑落在所述测量参考面上，测量太赫兹脉冲波形，测得波形为υCPW(t)；将待测太赫兹探针的同轴端与终端连接50Ω负载的长同轴电缆连接，压接至所述测量参考面，测量太赫兹脉冲波形，测得波形为υs_3(t)；将待测太赫兹探针同轴端连接的器件由终端连接50Ω负载的同轴电缆更换为偏置短路器，压接至所述测量参考面，测量太赫兹脉冲波形，测得波形为υ′s_3(t)；将υ′s_3(t)波形分为两部分，前一部分波形为υ′s_3_part1(t)，后一部分波形为υ′s_3_part2(t)；计算所述待测太赫兹探针的频域传递函数：υr_short(t)＝υ′s_3(t)-υs_3(t)其中，Hs(f)是所述待测太赫兹探针的频域传递函数，υr_short(t)是偏置短路器反射而反向传输至所述测量参考面处的信号，Vr_short(f)是υr_short(t)的傅里叶变换，Γ′1(f)是共面波导左侧至太赫兹探针连接点处的频域反射系数，Zs是太赫兹探针的特征阻抗，ZCPW是所述共面波导的特征阻抗，V′s_3_part1(f)是υ′s_3_part1(t)的傅里叶变换，Γshort(f)是所述偏置短路器的反射系数；将Hs(f)进行逆傅里叶变换，得到所述待测太赫兹探针的时域瞬态响应hs(t)。优选地，在测量参考面处测量太赫兹脉冲波形时，进行N次测量，所述N是不小于1的整数，将N次测量结果取平均作为波形测量结果。优选地，在低频时，Zs＝50Ω，ZCPW＝50Ω。优选地，所述Γshort(f)是根据所述偏置短路器的参数仿真获得。本申请实施例还提供一种基于单位置模型的太赫兹探针瞬态特性校准系统，用于以上方法，包括：待测太赫兹探针、共面波导、长同轴电缆、50Ω负载、偏置短路器：所述待测太赫兹探针是被测物；所述共面波导，用于传输太赫兹脉冲信号，并辅助进行波形测量；所述长同轴电缆，一端连接所述待测太赫兹探针的同轴端，另一端连接所述50Ω负载，用于待测太赫兹探针负载匹配；所述偏置短路器，连接所述待测太赫兹探针的同轴端，用于待测太赫兹探针负载匹配。本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：与传统基于三位置模型和两位置模型的太赫兹探针瞬态特性的校准方法比较，本申请具有噪声和不确定度小的有益效果。附图说明此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1为基于单位置模型的太赫兹探针瞬态特性校准方法实施例的流程图；图2为基于单位置模型的太赫兹探针瞬态特性校准系统实施例的结构示意图；图3为基于单位置模型的太赫兹探针瞬态特性校准系统实施例测量的波形图。具体实施方式为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。脉冲技术无论在军用还是民用领域应用都非常广泛。随着信息和通信技术的高速发展，产生和传输的脉冲信号的宽度越来越窄，频谱范围早已从无线电频段扩展到太赫兹频段。太赫兹脉冲波形测量系统所用技术是电光取样技术，它是一种时域测量技术，直接应用于具有平面结构的器件。但是，实际中有很多像宽带示波器、超快脉冲产生器、超高速光电探测器等仪器设备和器件，它们具有同轴接口，不是平面形式，电光取样技术无法直接应用于它们的瞬态响应的校准。因此，需要寻找一种方法将平面电光取样时域测量技术应用到具有同轴接口的待测设备中。一种连接平面和同轴的太赫兹探针可以解决该问题，它的一端是与共面波导匹配的探针，另外一端是同轴接口，因此能够连接具有同轴接口的待测设备和用于太赫兹脉冲产生和测量的共面波导型光导开关。显然，为了准确校准具有同轴接口的待测设备的瞬态响应，平面转同轴太赫兹探针的瞬态响应就必须准确知道，因此研究太赫兹探针瞬态响应的校准很有必要。目前，已经提出了基于三位置模型和两位置模型的太赫兹探针瞬态特性的校准方法，这两种方法克服了传统基于矢量网络分析仪(VectorNetworkAnalyser，VNA)获得太赫兹探针频域频率响应方法的缺陷，既可以得到太赫兹探针的频域瞬态特性又可得到其时域瞬态特性，而且可得到太赫兹探针110GHz以上频率分量的信息。但对这两种方法而言，间距的准确度直接影响太赫兹探针瞬态特性的准确度，而且测量配置多、耗时长、数据处理复杂、不确定度传递链长，导致太赫兹探针瞬态响应校准结果噪声和不确定度大。为解决上述问题，本专利技术提供一种基于时域电光取样技术的太赫兹探针瞬态响应校准方法，该方法根据共面波导上单位置处的太赫兹脉冲波形测量结果，得到太赫兹探针的频域和时域瞬态特性，将其称作“单位置模型”校准方法，该方法与两位置模型校准方法相比，减少了1种测量配置，与三位置模型校准方法相比，减少了2种测量配置，而且不需要移动共面波导(Coplanarwaveguide，CPW)，不再依赖等间距，耗时短、数据处理复杂度低、不确定度传递链短，太赫兹探针瞬态响应校准结果的噪声和不确定度小。一种基于单位置模型的太赫兹探针瞬态特性校准方法的实现过程为：使采样光脉冲光斑落在CPW整体长度的居中位置，在该位置处不压接太赫兹探针，此配置下进行太赫兹脉冲波形测量。之后将太赫兹探针的同轴端连接终端连接50Ω负载的长同轴电缆，将太赫兹探针压接至CPW整体长度的居中位置，此配置下进行太赫兹脉冲波形测量。最后，用偏置短路器代替终端连接50Ω负载的长同轴电缆与太赫兹探针的同轴端连接，将太赫兹探针压接至CPW整体长度的居中位置，此配置下进行太本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单位置模型的太赫兹探针瞬态特性校准方法，其特征在于，包括以下步骤：/n太赫兹脉冲信号沿共面波导从左向右传输，将共面波导整体长度的居中位置设为测量参考面，使采样光脉冲光斑落在所述测量参考面上，测量太赫兹脉冲波形，测得波形为υ

【技术特征摘要】
1.一种基于单位置模型的太赫兹探针瞬态特性校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
太赫兹脉冲信号沿共面波导从左向右传输，将共面波导整体长度的居中位置设为测量参考面，使采样光脉冲光斑落在所述测量参考面上，测量太赫兹脉冲波形，测得波形为υCPW(t)；
将待测太赫兹探针的同轴端与终端连接50Ω负载的长同轴电缆连接，压接至所述测量参考面，测量太赫兹脉冲波形，测得波形为υs_3(t)；
将待测太赫兹探针同轴端连接的器件由终端连接50Ω负载的同轴电缆更换为偏置短路器，压接至所述测量参考面，测量太赫兹脉冲波形，测得波形为υ′s_3(t)；
将υ′s_3(t)波形分为两部分，前一部分波形为υ′s_3_part1(t)，后一部分波形为υ′s_3_part2(t)；
计算所述待测太赫兹探针的频域传递函数：
υr_short(t)＝υ′s_3(t)-υs_3(t)






其中，Hs(f)是所述待测太赫兹探针的频域传递函数，υr_short(t)是偏置短路器反射而反向传输至所述测量参考面处的信号，Vr_short(f)是υr_short(t)的傅里叶变换，Γ′1(f)是共面波导左侧至太赫兹探针连接点处的频域反射系数，Zs是太赫兹探针的特征阻抗，Z...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚鹏伟，刘爽，谌贝，谢文，姜河，
申请(专利权)人：北京无线电计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11