本发明属于准光单脉冲天线技术领域，具体涉及一种具有低损耗、宽带宽特性的太赫兹频段准光和差比较器。
背景技术：
随着雷达技术的快速发展，对目标的探测、定位和跟踪的精度需求日益增加。单脉冲技术作为一种紧密角度测量技术，理论上只需要分析一个回波脉冲就可以确定目标的位置信息，大大加快了提取目标位置信息的速度。而单脉冲天线的核心就在于和差比较器。随着频率的不断提高，诸如波导、微带线等传统结构面临着损耗大、承受功率小且不易加工等缺点，而准光技术利用电磁波在空间聚束传播损耗低的特点，为和差比较器的研究提供了一种有效的解决方法。利用准光技术设计出来的准光学元件(透镜、反射镜等)可以更好地控制高斯波束的传输，同时可以解决传统结构传输遇到的损耗大、功率容量不够且不易加工的问题。此外，rolfjakoby提出的准光和差比较器结构虽然具有结构简单、损耗低的优点，但仍然存在带宽窄、和差辐射特性不好的缺点，所以急需寻求更优的设计方案。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种宽带宽的太赫兹准光和差比较器，具有损耗小、承受功率大且易加工的优点，同时解决太赫兹准光和差比较器带宽窄的问题，有效的提高了和差比较器的和差辐射特性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种宽带宽的太赫兹频段准光和差比较器，包括：和输入端口、差输入端口、反射镜m1、反射镜m2、反射镜m3、反射镜m4、光栅分束器、第一输出端口、第二输出端口。其中，高斯波束垂直入射和输入端口后，在第一输出端口、第二输出端口输出的两路波束实现和差比较器的和效果；高斯波束垂直入射差输入端口后，在第一输出端口、第二输出端口输出的两路波束实现和差比较器的差效果。
所述反射镜m1、反射镜m2、反射镜m3、反射镜m4为平面反射镜，用于控制波束的传输方向。
所述光栅分束器为透射式金属光栅分束器，用于将入射波束进行功率等分，且产生90°相位差，即透射波束和反射波束幅值相等，透射波束相位＝反射波束相位 90°。
所述高斯波束输入和输入端口后，通过反射镜m1反射后到达光栅分束器，经过光栅分束器后反射的部分波束为波束a1，透射的部分波束为波束a2；其中，所述波束a1依次经过反射镜m4、反射镜m3的两次反射后，从第一输出端口输出；所述波束a2经过反射镜m2反射后，从第二输出端口输出。
所述高斯波束b输入差输入端口后，经过光栅分束器后透射的部分波束为波束b1，反射的部分波束束为波束b2；其中，所述波束b1依次经过反射镜m4、反射镜m3的两次反射后，从第一输出端口输出；所述波束b2经过反射镜m2反射后，从第二输出端口输出。
进一步地，波束在和差比较器内的反射均为90度反射。
进一步地，所述反射镜m1、光栅分束器、反射镜m2依次平行放置，且与输入端口呈45°夹角；所述反射镜m3、反射镜m4平行放置，且反射镜m3与反射镜m1之间的夹角为90°，反射镜m4与光栅分束器之间的夹角为90°。
进一步地，所述反射镜m1与光栅分束器之间的间距为h，反射镜m2与光栅分束器之间的间距为h-λ/4，其中λ为工作波长。减少的λ/4路径会使得经过这一路的波束相位超前90度。
进一步地，所述和输入端口的入射口径为正方形，其边长为h，差输入端口的入射口径也为正方形，其边长为h-λ/4，且h大于两倍高斯波束边缘电平低于中心电平30db时的半径r。
进一步地，所述的光栅分束器光栅半径为0.1mm，周期为0.245mm。光栅分束器的材料为钼丝镀金，其目的是为了降低高斯波束通过分束器时的损耗。
进一步地，所述高斯波束的中心频率大于100ghz。
为了实现和差比较器的和效果，当波束a从和输入端口入射并经过光栅分束器时，波束分为透射波束a2和反射波束a1，此时透射波束a2与反射波束a1的幅值相等，透射波束a2相位＝反射波束a1相位 90°。由于反射镜m1与光栅分束器之间的间距为h，反射镜m2与光栅分束器的距离l为l＝h-λ/4，即透射波束a2在第二输出端口相位会超前90°，所以最终两个输出端口的波束相位会相等，幅值也相等，从而形成和波束。
为了实现和差比较器的差效果，当波束b从差输入端口入射并经过光栅分束器时，波束分为透射波束b1和反射波束b2，此时透射波束b1与反射波束b2的幅值相等，透射波束b1相位＝反射波束b2相位 90°。由于反射镜m1与光栅分束器之间的间距为h，反射镜m2与光栅分束器的距离l为l＝h-λ/4，即反射波束b2在第二输出端口相位会超前90°，所以最终两个输出端口的波束相位会相差180°，幅值相等，从而形成差波束。
本发明方案能够解决rolfjakoby提出的准光和差比较器由于路程差异大导致带宽窄的问题。而且由于反射和透射路程差仅为λ/4，两个输出端口的波束束斑几乎一样大，有效的提高了和差比较器的和差辐射特性。
附图说明
图1为一种宽带宽的太赫兹准光和差比较器结构示意图。
图2为和输入端口a馈入高斯波束得到的和波束远场方向图，中心频率为340ghz，且给出了330ghz和350ghz的比较图。
图3为差输入端口b馈入高斯波束得到的差波束远场方向图，中心频率为340ghz，且给出了330ghz和350ghz的比较图。
附图标号说明：1.反射镜m1，2.反射镜m2，3.反射镜m3，4.反射镜m4，5.光栅分束器，6.和输入端口，7.差输入端口，8.第一输出端口，9.第二输出端口。
具体实施方式
下面结合图来阐述本发明的具体实施方式。
图1是本实施例太赫兹准光和差比较器的结构示意图，如图1所示，该准光和差比较器包括：和输入端口、差输入端口、反射镜m1、反射镜m2、反射镜m3、反射镜m4、光栅分束器5、第一输出端口、第二输出端口。其中，反射镜m1、反射镜m2、反射镜m3、反射镜m4为平面反射镜；光栅分束器为透射式金属光栅，光栅半径为0.1mm，周期为0.245mm，材料为钼丝镀金。
和输入端口的口径边长为25mm，差输入端口的口径边长为24.78mm。反射镜m1、光栅分束器、反射镜m2依次平行放置，且与输入端口呈45°夹角；反射镜m1与光栅分束器之间的间距为25mm，反射镜m2与光栅分束器之间的间距为24.78mm，即相对于前者减少了λ/4。
反射镜m3、反射镜m4平行放置，且反射镜m3与反射镜m1之间的夹角为90°，反射镜m4与光栅分束器之间的夹角为90°。波束在和差比较器内的反射均为90度反射。
入射的高斯波束由高斯喇叭产生，其工作频率为340ghz，高斯波束束腰半径为5mm。
为了实现和差比较器的和效果，高斯波束a输入和输入端口后，通过反射镜m1反射后到达光栅分束器，经过光栅分束器后分为透射波束a2和反射波束a1，此时透射波束a2与反射波束a1的幅值相等，透射波束a2相位＝反射波束a1相位 90°。反射波束a1依次经过反射镜m4、反射镜m3的两次反射后，从第一输出端口输出；透射波束a2经过反射镜m2反射后，从第二输出端口输出。由于反射镜m1与光栅分束器之间的间距为h，反射镜m2与光栅分束器的距离l为l＝h-λ/4，即透射波束a2在第二输出端口输出时相位会超前90°，所以最终两个输出端口的波束相位会相等，幅值也相等，从而形成和波束。
为了实现和差比较器的差效果，高斯波束b输入差输入端口后，经过光栅分束器后分为透射波束b1和反射波束b2，此时透射波束b1与反射波束b2的幅值相等，透射波束b1相位＝反射波束b2相位 90°。透射波束b1依次经过反射镜m4、反射镜m3的两次反射后，从第一输出端口输出；反射波束b2经过反射镜m2反射后，从第二输出端口输出。由于反射镜m1与光栅分束器之间的间距为h，反射镜m2与光栅分束器的距离l为l＝h-λ/4，即反射波束b2在第二输出端口相位会超前90°，所以最终两个输出端口的波束相位会相差180°，幅值相等，从而形成差波束。
如图2所示，在330ghz-350ghz频率内，其和波束与中心频率340ghz得到的和波束方向图无明显差异，证明其在20ghz的带宽下，仍然可以保持优良的工作性能。
如图3所示，在330ghz-350ghz频率内，其差波束与中心频率340ghz得到的差波束方向图无明显差异。证明其在20ghz的带宽下，仍然可以保持优良的工作性能。
本发明方案能够解决现有准光和差比较器由于路程差异大导致带宽窄的问题，同时具有低损耗、功率容量大且易加工的优点。而且由于反射和透射路程差仅为λ/4，两个输出端口的波束束斑几乎一样大，有效的提高了和差比较器的和差辐射特性。
1.一种宽带宽的太赫兹频段准光和差比较器，其特征在于，包括：和输入端口、差输入端口、反射镜m1、反射镜m2、反射镜m3、反射镜m4、光栅分束器、第一输出端口、第二输出端口；其中，高斯波束垂直入射和输入端口后，在第一输出端口、第二输出端口输出的两路波束实现和差比较器的和效果；高斯波束垂直入射差输入端口后，在第一输出端口、第二输出端口输出的两路波束实现和差比较器的差效果；
所述反射镜m1、反射镜m2、反射镜m3、反射镜m4为平面反射镜；
所述光栅分束器为透射式金属光栅分束器，用于将入射波束进行功率等分，且产生90°相位差；
所述高斯波束输入和输入端口后，通过反射镜m1反射后到达光栅分束器，经过光栅分束器后反射的部分波束为波束a1，透射的部分波束为波束a2；其中，所述波束a1依次经过反射镜m4、反射镜m3的两次反射后，从第一输出端口输出；所述波束a2经过反射镜m2反射后，从第二输出端口输出；
所述高斯波束b输入差输入端口后，经过光栅分束器后透射的部分波束为波束b1，反射的部分波束束为波束b2；其中，所述波束b1依次经过反射镜m4、反射镜m3的两次反射后，从第一输出端口输出；所述波束b2经过反射镜m2反射后，从第二输出端口输出。
2.如权利要求1所述的一种宽带宽的太赫兹频段准光和差比较器，其特征在于，所述反射镜m1、光栅分束器、反射镜m2依次平行放置，所述反射镜m1与光栅分束器之间的间距为h，反射镜m2与光栅分束器之间的间距为h-λ/4，其中λ为工作波长。
3.如权利要求1或2所述的一种宽带宽的太赫兹频段准光和差比较器，其特征在于，所述反射镜m1、光栅分束器、反射镜m2与输入端口呈45°夹角；所述反射镜m3、反射镜m4平行放置，且反射镜m3与反射镜m1之间的夹角为90°，反射镜m4与光栅分束器之间的夹角为90°。
4.如权利要求3所述的一种宽带宽的太赫兹频段准光和差比较器，其特征在于，波束在和差比较器内的反射均为90度反射。
5.如权利要求2所述的一种宽带宽的太赫兹频段准光和差比较器，其特征在于，所述和输入端口的入射口径为正方形，其边长为h，差输入端口的入射口径也为正方形，其边长为h-λ/4，且h大于两倍高斯波束边缘电平低于中心电平30db时的半径r。
6.如权利要求5所述的一种宽带宽的太赫兹频段准光和差比较器，其特征在于，所述的光栅分束器光栅半径为0.1mm，周期为0.245mm，材料为钼丝镀金。
7.如权利要求5所述的一种宽带宽的太赫兹频段准光和差比较器，其特征在于，所述高斯波束的中心频率大于100ghz。
技术总结