Heterodyne Detektion

Die Referenzwelle wird als lokaler Oszillator bezeichnet. Das Signal und der lokale Oszillator werden durch einen Mischer verarbeitet. Die Mischung beruht auf einem nichtlinearen Produkt der Eingangssignale, so dass zumindest ein Teil des Ausgangssignals proportional zum Quadrat der Eingangssignale ist.

Sei

${\displaystyle E_{\mathrm {sig} }(t)=E_{\mathrm {sig,0} }\cos(\omega _{\mathrm {\mathrm {sig} } }t+\varphi (t))\,}$

das elektrische Feld des empfangenen Signals und

${\displaystyle E_{\mathrm {LO} }(t)=E_{\mathrm {LO,0} }\cos(\omega _{\mathrm {LO} }t)\,}$

das des lokalen Oszillators.

${\displaystyle E_{\mathrm {sig,0} },E_{\mathrm {LO,0} }}$ sind die jeweiligen Amplituden.

Zur Vereinfachung nehmen wir an, dass das Ausgangssignal des Detektors, I, proportional zum Quadrat der Amplitude ist:

${\displaystyle I\propto \left(E_{\mathrm {sig,0} }\cos(\omega _{\mathrm {sig} }t+\varphi )+E_{\mathrm {LO,0} }\cos(\omega _{\mathrm {LO} }t)\right)^{2}}$

${\displaystyle =E_{\mathrm {sig,0} }^{2}(1/2)\left(1+\cos(2\omega _{\mathrm {sig} }t+2\varphi )\right)}$

${\displaystyle +E_{\mathrm {LO,0} }^{2}(1/2)(1+\cos(2\omega _{\mathrm {LO} }t))}$

${\displaystyle +E_{\mathrm {sig,0} }E_{\mathrm {LO,0} }\left[\cos((\omega _{\mathrm {sig} }+\omega _{\mathrm {LO} })t+\varphi )+\cos((\omega _{\mathrm {sig} }-\omega _{\mathrm {LO} })t+\varphi )\right].}$

Das Ausgangssignal hat hochfrequente (${\displaystyle 2\omega _{\mathrm {sig} }}$ und ${\displaystyle 2\omega _{\mathrm {LO} }}$) und konstante Anteile. In der heterodynen Detektion werden die hochfrequenten Anteile und gewöhnlich auch die konstanten Anteile herausgefiltert. Übrig bleiben als Mischprodukt die dazwischenliegenden Summen- und Differenzfrequenzen ${\displaystyle \omega _{\mathrm {sig} }+\omega _{\mathrm {LO} }}$ und ${\displaystyle \omega _{\mathrm {sig} }-\omega _{\mathrm {LO} }}$. Die Amplitude dieser Anteile ist proportional zum Produkt der Amplituden der Eingangssignale. Mit geeigneter Signalanalyse kann auch die Phase des Signals ermittelt werden.

• Christian Heipke: Photogrammetrie und Fernerkundung. 1. Auflage, Springer Verlag, Berlin / Heidelberg 2017, ISBN 978-3-662-47093-0.
• Reiner Thiele: Optische Nachrichtensysteme und Sensornetzwerke. Ein systemtheoretischer Zugang, Friedrich Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft, Braunschweig 2002, ISBN 978-3-322-89925-5.
• Karl J. Ebeling: Integrierte Optoelektronik. Wellenleiteroptik – Photonik – Halbleiter, Springer Verlag, Berlin / Heidelberg 1989, ISBN 978-3-540-51300-1.
• Yun-Shik Lee: Principles of Terahertz Science and Technology. Springer Science+Business Media LLC, New York 2009, ISBN 978-0-387-09539-4.

• Homodyne Detektion

• Innovative Technologies for THz Heterodyne Detection (abgerufen am 4. September 2017)
• Optical Heterodyne Detection of Phase-Shifted Signals (abgerufen am 4. September 2017)