一种便携式太赫兹半主动式彩色照相机制造技术

本发明专利技术提供了一种太赫兹半主动式彩色焦平面照相机，包括本振参考源、太赫兹多波束准光混频器、W个太赫兹照射源模块，W为预获取的颜色数量，W为≥1的自然数。每一个太赫兹照射源模块发射用于照射在被探测目标上的太赫兹照射信号，每一个太赫兹照射源模块包括太赫兹照射信号倍频器、太赫兹天线；本振参考源产生的本振信号通过太赫兹照射信号倍频器倍频后，经过太赫兹天线辐射，照射在被探测目标上。本发明专利技术的照相机的体积小、重量轻，能在复杂背景环境下提高目标的识别能力，抗干扰性能强，实时成像，具有较好分辨率和灵敏度。

【技术实现步骤摘要】
一种便携式太赫兹半主动式彩色照相机
本专利技术涉及太赫兹成像
，具体涉及一种便携式太赫兹半主动式彩色照相机。
技术介绍
太赫兹(Terahertz，THz)波通常指的是频率在0.1THz～10THz(波长3mm～30μm)范围内的电磁辐射(1THz＝1012Hz)，它在电磁波谱中介于微波和红外辐射之间。太赫兹波辐射在成像应用中可具有如下特点：太赫兹波辐射可以穿透很多普通的非金属遮掩材料，探测到隐匿物体；太赫兹波的波长足够短，可获得较高的成像空间分辨率，或实现危险物高精度定位；太赫兹频率的电磁波辐射对有机体是非电离的，因此在适当的强度下使用，对人体比较安全；相比于微波毫米波成像系统，同样的图像分辨率下，太赫兹成像系统体积更小。太赫兹辐射的上述特点决定了太赫兹成像具有广阔的应用前景，是国际上的研究热点之一。但是，目前的太赫兹照相机存在一些问题，包括：1、完全依靠检测目标自身辐射的太赫兹信号的被动式照相机，抗干扰性能差，对照相机本身的噪声性能要求很高；作用距离有限；无法获取目标的相位信息。2、通常工作在一个频率。采用单一太赫兹频率，虽然可以有效发现目标并对目标实现成像，但是由于目标辐射特性的复杂性，在有效的目标辐射强度或特征识别上存在问题。3、通常采用单像素扫描结构，不能实时成像，分辨率有待提高。4、在现有的太赫兹多像素系统中，通常采用喇叭天线结构和准光透镜的两种形式。对于喇叭天线结构，由于频率高，因此加工难度大，且一致性难以保证；另外，像素间距受到喇叭天线尺寸的约束。对于准光透镜，由于采用一个大透镜，因此位于透镜不同半径处的像素所接收的信号相位有差别，不能有效利用相位信息；且随着像素个数(阵列规模)的增加，透镜尺寸增加，不利于小型化。5、接收信号通常采用直接检波方式，或者较少像素的外差接收方式。如果采用直接检波方式，虽然可以较容易的实现大规模阵列的焦平面成像，但是灵敏度较低且缺失了相位信息；如果采用外差接收方式，每个通道均需要本振信号，因此中频电路复杂且体积较大，不适宜便携式使用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术的上述缺点，提供一种便携式太赫兹半主动式彩色照相机，提高抗干扰性能、增加作用距离、获取目标相位信息，在复杂背景环境下提高目标的识别能力，实时成像，具有较好的分辨率和较高的灵敏度，体积小、封装简单。本专利技术提供的一种便携式太赫兹半主动式彩色照相机，包括本振参考源、W个太赫兹照射源模块，W为预获取的颜色数量，W为≥1的自然数；每一个太赫兹照射源模块发射用于照射在被探测目标上的太赫兹照射信号，每一个太赫兹照射源模块包括太赫兹照射信号倍频器、太赫兹天线；本振参考源产生的本振信号通过太赫兹照射信号倍频器倍频后，经过太赫兹天线辐射，照射在被探测目标上。所述照相机还包括天馈模块、太赫兹焦平面多通道相参接收模块。可选择地，天馈模块包括反射面天线和天线伺服模块，天馈模块中的反射面天线用于接收被探测目标散射的太赫兹射频信号，反射面天线在天线伺服模块的控制下扫描被测目标的太赫兹射频信号；太赫兹焦平面多通道相参接收模块位于反射面天线的焦平面上，被探测目标散射的太赫兹射频信号经天馈模块中的反射面天线的反射，聚焦于太赫兹焦平面多通道相参接收模块；太赫兹焦平面多通道相参接收模块包括太赫兹多波束准光混频器，太赫兹多波束准光混频器将收到的太赫兹射频信号和太赫兹本振信号进行混频，产生混频输出信号。可选择地，太赫兹多波束准光混频器包括N1×N2个像素，太赫兹多波束准光混频器将收到的太赫兹射频信号和太赫兹本振信号进行混频，产生N1×N2路混频输出信号，N1、N2为≥1的自然数，每一路混频输出信号对应一个像素，每一路混频输出信号称为每一像素混频输出信号。可选择地，太赫兹多波束准光混频器包括高阻介质透镜和混频天线芯片，混频天线芯片包括相同结构的N1×N2个混频天线，排列成N1行，N2列；高阻介质透镜采用复眼透镜，复眼透镜包括小透镜阵列和扩展底座，小透镜阵列位于扩展底座上，小透镜通过扩展底座与混频天线实现信号间的传输；小透镜阵列包括N1×N2个小透镜，小透镜与混频天线一一对应，小透镜的中心与其对应的混频天线的中心位于同一轴线上，一个像素包括一个混频天线和一个小透镜。可选择地，混频天线芯片的衬底材料紧贴高阻介质透镜的扩展底座，高阻介质透镜的相对介电常数εr＝(1±0.1)×εr1，εr1为混频天线芯片衬底的相对介电常数，高阻介质透镜的形式为半球透镜、椭球透镜、超半球透镜、扩展半球透镜之一。所述相同结构的N1×N2个混频天线可以为相同结构竖直方向的N1×N2个混频天线，排列成N1行，N2列，各混频天线中心线行间距和列间距均为d，相邻两行向左或向右错开d/2间距，其中，d＝1.22λF/M，λ为太赫兹射频信号的波长，F为太赫兹多波束准光混频器的焦距与高阻介质透镜口径的比值，M为采样次数，采样次数M≥2。可选择地，混频天线包括片上天线和反向平行二极管对，反向平行二极管对置于片上天线的馈电端口，反向平行二极管对由反向平行并联的第一肖特基二极管和第二肖特基二极管组成，其中，第一肖特基二极管的阳极与第二肖特基二极管的阴极连接，第一肖特基二极管的阴极与第二肖特基二极管的阳极连接。可选择地，混频天线芯片的外延材料采用三层结构，自底向上依次为半绝缘GaAs层、N+层GaAs和N-层GaAs，其中，N+层GaAs和N-层GaAs均为在GaAs中掺杂Si形成；N-层GaAs掺杂Si的浓度为1E17cm-3～2E17cm-3，N-层GaAs的厚度为不大于肖特基结零偏置时耗尽层厚度的1.1倍，N+层GaAs的掺杂浓度为7E18cm-3～9E18cm-3，N+层GaAs的厚度X2不小于本振频率下的趋肤深度，X2满足：其中，μ0和μr分别是真空磁导率和GaAs的相对磁导率；σn+GaAs为N+层GaAs的电导率；fLO为太赫兹本振信号的频率。可选择地，第一肖特基二极管包括第一肖特基接触和第一欧姆接触；第二肖特基二极管包括第二肖特基接触和第二欧姆接触；半绝缘GaAs层上具有两块N+层GaAs，两块N+层GaAs之间形成沟道，两块N+层GaAs上均分别覆盖一层欧姆接触金属，分别为右侧的第一欧姆接触金属和左侧的第二欧姆接触金属；第一欧姆接触金属靠近沟道的一边有第一大半圆豁口，第一大半圆豁口内留有第一N-层GaAs，第一N-层GaAs形成在N+层GaAs上，在第一N-层GaAs上形成第一肖特基金属，第二欧姆接触金属靠近沟道的一边有第二大半圆豁口，第二大半圆豁口内留有第二N-层GaAs，第二N-层GaAs形成在N+层GaAs上，在第二N-层GaAs上形成第二肖特基金属，第一肖特基金属不与第一欧姆接触金属连通，第二肖特基金属不与第二欧姆接触金属连通；第一肖特基金属与第一N-层GaAs接触后形成右侧的第一肖特基接触，第二肖特基金属与第二N-层GaAs接触后形成左侧的第二肖特基接触，所述欧姆接触金属通过合金工艺与其下的N+层GaAs分别形成右侧的第一欧姆接触和左侧的第二欧姆接触；第一电桥连接第一肖特基接触金属和第二欧姆接触金属，第二电桥连接第二肖特基接触金属和第一欧姆接触金属，实现第一肖特基二极管的阳极与第二肖特基二极管的阴极连接以及第二肖特基二极管的阳极与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种便携式太赫兹半主动式彩色照相机，其特征在于，所述照相机包括本振参考源、W个太赫兹照射源模块，W为预获取的颜色数量，W为≥1的自然数；每一个太赫兹照射源模块发射用于照射在被探测目标上的太赫兹照射信号，每一个太赫兹照射源模块包括太赫兹照射信号倍频器、太赫兹天线；本振参考源产生的本振信号通过太赫兹照射信号倍频器倍频后，经过太赫兹天线辐射，照射在被探测目标上。

【技术特征摘要】
1.一种便携式太赫兹半主动式彩色照相机，其特征在于，所述照相机包括本振参考源、W个太赫兹照射源模块，W为预获取的颜色数量，W为≥1的自然数；每一个太赫兹照射源模块发射用于照射在被探测目标上的太赫兹照射信号，每一个太赫兹照射源模块包括太赫兹照射信号倍频器、太赫兹天线；本振参考源产生的本振信号通过太赫兹照射信号倍频器倍频后，经过太赫兹天线辐射，照射在被探测目标上；其中，所述照相机还包括天馈模块、太赫兹焦平面多通道相参接收模块；天馈模块包括反射面天线和天线伺服模块，天馈模块中的反射面天线用于接收被探测目标散射的太赫兹射频信号，反射面天线在天线伺服模块的控制下扫描被测目标的太赫兹射频信号；太赫兹焦平面多通道相参接收模块位于反射面天线的焦平面上，被探测目标散射的太赫兹射频信号经天馈模块中的反射面天线的反射，聚焦于太赫兹焦平面多通道相参接收模块；太赫兹焦平面多通道相参接收模块包括太赫兹多波束准光混频器，太赫兹多波束准光混频器将收到的太赫兹射频信号和太赫兹本振信号进行混频，产生混频输出信号。2.如权利要求1所述的太赫兹半主动式彩色照相机，其特征在于：所述太赫兹多波束准光混频器包括N1×N2个像素，太赫兹多波束准光混频器将收到的太赫兹射频信号和太赫兹本振信号进行混频，产生N1×N2路混频输出信号，N1、N2为≥1的自然数，每一路混频输出信号对应一个像素，每一路混频输出信号称为每一像素混频输出信号。3.如权利要求1所述的太赫兹半主动式彩色照相机，其特征在于太赫兹多波束准光混频器包括高阻介质透镜和混频天线芯片，混频天线芯片包括相同结构的N1×N2个混频天线，排列成N1行，N2列；高阻介质透镜采用复眼透镜，复眼透镜包括小透镜阵列和扩展底座，小透镜阵列位于扩展底座上，小透镜通过扩展底座与混频天线实现信号间的传输；小透镜阵列包括N1×N2个小透镜，小透镜与混频天线一一对应，小透镜的中心与其对应的混频天线的中心位于同一轴线上，一个像素包括一个混频天线和一个小透镜。4.如权利要求3所述的太赫兹半主动式彩色照相机，其特征在于：混频天线芯片的衬底材料紧贴高阻介质透镜的扩展底座，高阻介质透镜的相对介电常数εr＝(1±0.1)×εr1，εr1为混频天线芯片衬底的相对介电常数，高阻介质透镜的形式为半球透镜、椭球透镜、超半球透镜、扩展半球透镜之一。5.如权利要求3所述的太赫兹半主动式彩色照相机，其特征在于：所述相同结构的N1×N2个混频天线为相同结构竖直方向的N1×N2个混频天线，排列成N1行，N2列，各混频天线中心线行间距和列间距均为d，相邻两行向左或向右错开d/2间距，其中，d＝1.22λF/M，λ为太赫兹射频信号的波长，F为太赫兹多波束准光混频器的焦距与高阻介质透镜口径的比值，M为采样次数，采样次数M≥2。6.如权利要求3所述的太赫兹半主动式彩色照相机，其特征在于：混频天线包括片上天线和反向平行二极管对，反向平行二极管对置于片上天线的馈电端口，反向平行二极管对由反向平行并联的第一肖特基二极管和第二肖特基二极管组成，其中，第一肖特基二极管的阳极与第二肖特基二极管的阴极连接，第一肖特基二极管的阴极与第二肖特基二极管的阳极连接。7.如权利要求6所述的太赫兹半主动式彩色照相机，其特征在于：混频天线芯片的外延材料采用三层结构，自底向上依次为半绝缘GaAs层、N+层GaAs和N-层GaAs，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕昕，牟进超，郭大路，马朝辉，郝海东，卢宏达，朱思衡，刘埇，司黎明，孙钰，王志明，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11