一种毫米波主动式近场成像装置制造方法及图纸

一种毫米波主动式近场成像装置，采用一维发射阵列天线和一维接收阵列天线，两个阵列天线并行排列固定在一个安装板上，由计算机通过控制信号发生器产生的控制信号，控制发射机和接收机各高频信号导通和关闭，实现阵列的横向扫描；计算机控制伺服电机和机械传动装置垂直移动，带动两个阵列固联的安装板，实现阵列的垂直方向扫描。发射/接收天线阵列由基于人工电磁材料的宽带宽波束Vivaldi天线组成，在有限探测距离内有效提升了系统探测覆盖能力。该装置是一种近距离、非接触、无伤害的检测系统，适用于机场、车站等人群密集区域的安检。

Millimeter wave active near field imaging device

A millimeter wave active near field imaging device, using a one-dimensional array antenna and receiving one emission antenna array, two antenna array arranged in parallel is fixed on a mounting plate, a control signal generated by the signal generator controlled by the computer, on and off control of transmitter and receiver of the high frequency signals, the lateral scanning of the array computer control; servo motor and mechanical transmission device of vertical movement, drives the two array is fixedly connected to the mounting plate, vertical scanning array. The transmit / receive antenna array is composed of a wide band beam Vivaldi antenna based on artificial electromagnetic material, which can effectively improve the detection coverage capability of the system at a limited detection range. The device is a close, non-contact, non harm detection system, suitable for airport, station and other densely populated areas of security.

【技术实现步骤摘要】
一种毫米波主动式近场成像装置
本专利技术属于雷达成像领域，尤其是一种毫米波主动式近场成像装置。
技术介绍
成像系统有多种工作频段，各个频端的性能差异很大。其中由于毫米波具有精度高、全天候工作的能力等优点，并且对病烟雾、衣物和纸张等具有一定的穿透能力，这有利于恶劣环境下目标探测或者隐匿物体探测，因而毫米波成像系统得到广泛重视。随着毫米波成像技术的发展，在医疗、导航和交管等领域得到越来越广泛的应用，产生了许多成熟的应用，比如安检系统、军事探测、人体疾病诊断和治疗、环境监测等。毫米波成像系统可被分为被动式成像，即探测目标在毫米波频带中的自然辐射，和主动式成像，用发射机发出毫米波信号照射目标，探测目标产生的辐射。主动式成像较于被动式成像具有信号强度较强，速度快，设备体积小等优点，且被动式成像检测环境要求高。主动式毫米波成像系统通常有一组发射天线和一组接收天线。通过电扫描或机械扫描等方式得到目标图像。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的内容是提供一种低成本的毫米波主动式近场成像装置。与传统的X光检测仪相比，本系统具有发射功率低，无电离伤害等优点。而与被动式安检系统相比，本系统成像分辨率高，稳定性好，不易受周围环境的干扰。因此具有很高的实用价值。
技术实现思路
：为实现上述技术效果，本专利技术提出以下技术方案：一种毫米波主动式近场成像装置，该装置包括：上位机、扫描装置和传动装置；扫描装置包括：时序控制信号发生器、频率源、发射机、发射天线阵列、接收机、接收天线阵列；发射天线阵列中的各天线单元分别与发射机的各高频发射通道输出端相连；接收天线阵列中的各天线单元分别与接收机的各高频接收通道输入端相连；时序信号发生器根据上位机发送的时序信号产生指令生成时序控制信号并发送给发射机和接收机；频率源产生宽带阶跃调频信号发送给发射机，发射机根据时序控制信号导通对应的高频发射通道，并将宽带阶跃调频信号分路馈入发射机各高频通道，通过发射天线阵列向目标物体发射毫米波信号；接收机根据时序控制信号导通对应的高频接收通道，通过接收天线阵列接收目标物体反射的回波信号，并将接收到的回波信号反馈给上位机；传动装置与扫描装置相连，根据上位机发送的驱动指令驱动扫描装置纵向移动，扫描装置每纵向移动一次，就进行一次对目标物体所在平面的横向扫描；上位机产生时序信号产生指令发送给时序控制信号发生器，生成驱动指令发送给传动装置，以及接收扫描装置反馈的回波信号，并根据回波信号生成目标物体的图像。驱动指令和时序控制信号应该是独立的，驱动指令每次驱动的时间间隔是时序控制信号的总时间长度。每次驱动后，运行一遍时序控制。进一步的，所述发射天线阵列和接收天线阵列均为由单元天线等间隔分布形成的一维横向天线阵列；两天线阵列相互平行且两阵列间距为2.5个毫米波波长；发射天线阵列和接收天线阵列沿阵列排布方向相错0.5个毫米波波长。进一步的，所述单元天线包括：介质基板，介质基板具有正反两面；介质基板的反面设有从介质基板一端的端部起，沿介质基板长度方向延伸的微带线1；微带线1延延伸方向分为均匀微带线1a和过渡微带线1b，过渡微带线1b远离均匀微带线1a的一端弯折形成一个转角，转角末端接有扇形短截线2；介质基板的正面与扇形短截线2位置相匹配处设有一段沿介质基板长度方向延伸的均匀槽线4a，均匀槽线4a靠近均匀微带线1a的一端连接一圆形槽谐振腔3，均匀槽线4a远离均匀微带线1a的一端延伸出一段开口渐变槽线4b，开口渐变槽线4b的开口口径沿其延伸方向逐渐增大；发射机发出的毫米波信号经均匀微带线1a和过渡微带线1b传递至扇形短截线2；毫米波信号在扇形短截线2内谐振并耦合至正面均匀槽线4a，并通过圆形槽谐振腔3谐振反射后，传递至开口渐变槽线4b并向外部空间辐射。进一步的，所述开口渐变槽线4b远离均匀槽线4a的一端设有I字型超材料单元阵列5。进一步的，所述毫米波主动式近场成像装置还包括混频器和解调器；混频器的输入端与接收机输出端相连，混频器的输出端与解调器相连；所述频率源还用于生成相干的阶跃调频本振信号和IQ解调器参考信号，并将阶跃调频本振信号发送给混频器，将IQ解调器参考信号发送给解调器；混频器根据阶跃调频本振信号对接收机输出的回波信号进行混频，并将混频后的回波信号发送至解调器；解调器根据IQ解调器参考信号对混频后的回波信号进行解调后上传至上位机。进一步的，所述传动装置包括伺服电机、驱动器和传动丝杆；驱动器用于接收上位机下发的驱动指令，并根据驱动指令驱动伺服电机转动；伺服电机的输出端与传动丝杆的控制端相连，在驱动器的驱动下带动传动丝杆转动，使固连传动螺母上的扫描装置沿传动丝杆长度方向移动。有益效果：与传统的X光检测仪相比，本专利技术具有发射功率低，无电离伤害等优点。而与被动式安检系统相比，本专利技术成像分辨率高，稳定性好，不易受周围环境的干扰。因此具有很高的实用价值。附图说明图1是实施例的结构图；图2是发射天线阵列和接收天线阵列的局部结构图；图3是单元天线结构图，其中(a)为单元天线正面结构图，(b)为单元天线反面结构图；图4是发射天线阵列和接收天线阵列的馈电端口示图；图5是发射机发出的射毫米波信号波形图；图6是实施例的工作原理框图。图中：1、微带线，1a、均匀微带线，1b、过渡微带线，2、扇形短截线，3、圆形槽谐振腔，4a、均匀槽线，4b、开口渐变槽线，5、I字型超材料单元阵列。具体实施方式如图1所示为实施例的结构图，包括：计算机、扫描装置和传动装置；其中，扫描装置包括：时序控制信号发生器、频率源、混频器、解调器、发射机、发射天线阵列、接收机、接收天线阵列；发射天线阵列中的各天线单元分别与发射机的各高频发射通道输出端相连；接收天线阵列中的各天线单元分别与接收机的各高频接收通道输入端相连；时序信号发生器根据上位机发送的时序信号产生指令生成时序控制信号并发送给发射机和接收机；频率源产生宽带阶跃调频信号发送给发射机，以及生成相干的阶跃调频本振信号和IQ解调器参考信号，并将阶跃调频本振信号发送给混频器，将IQ解调器参考信号发送给解调器；发射机根据时序控制信号导通对应的高频发射通道，并将宽带阶跃调频信号分路馈入发射机各高频通道，通过发射天线阵列向目标物体发射毫米波信号；接收机根据时序控制信号导通对应的高频接收通道，通过接收天线阵列接收目标物体反射的回波信号，并将接收到的回波信号发送至混频器；混频器根据阶跃调频本振信号对接收机输出的回波信号进行混频，并将混频后的回波信号发送至解调器；解调器根据IQ解调器参考信号对混频后的回波信号进行解调后上传至上计算机；传动装置包括伺服电机、驱动器和传动丝杆；驱动器用于接收上位机下发的驱动指令，并根据驱动指令驱动伺服电机转动；伺服电机的输出端与传动丝杆的控制端相连，在驱动器的驱动下带动传动丝杆转动，使固连传动螺母上的扫描装置沿传动丝杆长度方向移动。传动装置与扫描装置相连，根据上位机发送的驱动指令驱动扫描装置纵向移动，扫描装置每纵向移动一次，就进行一次对目标物体所在平面的横向扫描。上位机产生时序信号产生指令发送给时序控制信号发生器，生成驱动指令发送给传动装置，以及接收扫描装置反馈的回波信号，并根据回波信号生成目标物体的图像。驱动指令和时序控制信号应该是独立的，驱动指令每次驱动的时间间隔是时序本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种毫米波主动式近场成像装置，其特征在于，该系统包括：上位机、扫描装置和传动装置；扫描装置包括：时序控制信号发生器、频率源、发射机、发射天线阵列、接收机、接收天线阵列；发射天线阵列中的各天线单元分别与发射机的各高频发射通道输出端相连；接收天线阵列中的各天线单元分别与接收机的各高频接收通道输入端相连；时序信号发生器根据上位机发送的时序信号产生指令生成时序控制信号并发送给发射机和接收机；频率源产生宽带阶跃调频信号发送给发射机，发射机根据时序控制信号导通对应的高频发射通道，并将宽带阶跃调频信号分路馈入发射机各高频通道，通过发射天线阵列向目标物体发射毫米波信号；接收机根据时序控制信号导通对应的高频接收通道，通过接收天线阵列接收目标物体反射的回波信号，并将接收到的回波信号反馈给上位机；传动装置与扫描装置相连，根据上位机发送的驱动指令驱动扫描装置纵向移动，扫描装置每纵向移动一次，就进行一次对目标物体所在平面的横向扫描；上位机产生时序信号产生指令发送给时序控制信号发生器，生成驱动指令发送给传动装置，以及接收扫描装置反馈的回波信号，并根据回波信号生成目标物体的图像；任意两个驱动指令之间的时间间隔等于时序控制信号的周期。...

【技术特征摘要】
1.一种毫米波主动式近场成像装置，其特征在于，该系统包括：上位机、扫描装置和传动装置；扫描装置包括：时序控制信号发生器、频率源、发射机、发射天线阵列、接收机、接收天线阵列；发射天线阵列中的各天线单元分别与发射机的各高频发射通道输出端相连；接收天线阵列中的各天线单元分别与接收机的各高频接收通道输入端相连；时序信号发生器根据上位机发送的时序信号产生指令生成时序控制信号并发送给发射机和接收机；频率源产生宽带阶跃调频信号发送给发射机，发射机根据时序控制信号导通对应的高频发射通道，并将宽带阶跃调频信号分路馈入发射机各高频通道，通过发射天线阵列向目标物体发射毫米波信号；接收机根据时序控制信号导通对应的高频接收通道，通过接收天线阵列接收目标物体反射的回波信号，并将接收到的回波信号反馈给上位机；传动装置与扫描装置相连，根据上位机发送的驱动指令驱动扫描装置纵向移动，扫描装置每纵向移动一次，就进行一次对目标物体所在平面的横向扫描；上位机产生时序信号产生指令发送给时序控制信号发生器，生成驱动指令发送给传动装置，以及接收扫描装置反馈的回波信号，并根据回波信号生成目标物体的图像；任意两个驱动指令之间的时间间隔等于时序控制信号的周期。2.根据权利要求1所述的一种毫米波主动式近场成像装置，其特征在于，所述发射天线阵列和接收天线阵列均为由单元天线等间隔分布形成的一维横向天线阵列；两天线阵列相互平行且两阵列间距为2.5个毫米波波长；发射天线阵列和接收天线阵列沿阵列排布方向相错0.5个毫米波波长。3.根据权利要求2所述的一种毫米波主动式近场成像装置，其特征在于，所述单元天线包括：介质基板，介质基板具有正反两面；介质基板的反面设有从介质基板一端的端部起，沿介质基板长度方向延伸的微带线(1)；微带线(1)延延伸方向分为均匀微带线(1a)和过...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔铁军，孙忠良，李廉林，潘柏操，程强，王拾玖，张圣清，徐欧，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32