一种用于主动式人体安检成像系统的毫米波收发前端技术方案

本实用新型专利技术提供了一种用于主动式人体安检成像系统的毫米波收发前端，包括工作于Ka波段的毫米波收发天线阵列，工作于Ka波段的毫米波收发开关网络，工作于Ka波段的毫米波收发机模块以及通过进行DC～DC直流变换、可提供﹢5V、‑5V供电需求的二次电源模块；所述的毫米波收发开关网络用于连接毫米波收发天线阵列和毫米波收发机模块，所述毫米波收发天线阵列包括发射天线阵列和接收天线阵列。本实用新型专利技术采用了多个毫米波MMIC开关芯片和PIN驱动芯片搭建单刀多掷开关网络，以此控制毫米波收发天线阵列的工作顺序，大大降低了系统的复杂度，具有高集成度特点。

Millimeter wave transceiver front end for active human body security imaging system

The utility model provides a millimeter wave transceiver front end for active human body security imaging system, including millimeter wave transceiver antenna array working in Ka band, millimeter wave transceiver network working in Ka band, millimeter wave transceiver module working in Ka band and via DC to DC DC conversion, and can provide + 5 The two power supply module of the V and 5V power supply demand; the millimeter wave transceiver switch network is used to connect the millimeter wave transceiver antenna array and the millimeter wave transceiver module. The millimeter wave transceiver antenna array includes the transmitting antenna array and the receiving antenna array. The utility model uses multiple millimeter wave MMIC switch chips and PIN drive chips to build a single knife multi throw switching network to control the working order of the millimeter wave antenna array, which greatly reduces the complexity of the system and has high integration characteristics.

【技术实现步骤摘要】
一种用于主动式人体安检成像系统的毫米波收发前端
本技术属于毫米波
，主要涉及毫米波安检成像系统收发前端，尤其涉及一种用于主动式人体安检成像系统的毫米波收发前端。
技术介绍
近年来，世界范围内恐怖主义的威胁不断加剧，尤其是在公共场所的恐怖袭击事件频频发生，造成了重大的人员伤亡和严重的财产损失。因此，在机场、海关、火车站等公共场所的安全检查日益受到世界各国的广泛关注，对安检系统的准确性、实时性和智能化提出了更高的要求。然而，对于人体隐匿物体的探测一直都是一项技术难题，传统的安全检测设备均存在不同程度的缺陷。例如，金属探测门和金属探测器能够快速的检测出被检测人员携带的金属物品，但对于类似于陶瓷刀具、塑制手枪等非金属物品却无能为力，存在极大的安全隐患；X光成像设备可以很好地检测各种危险品，但由于X光具有电离性而并不适用于人体安检成像。另外，搜身式检查严重侵犯了个人隐私，饱受旅客诟病。由于毫米波具有强穿透性、无危害性、非接触性等特点，毫米波成像技术已成为一种新型的主流安检技术手段。建立在毫米波成像技术基础上的毫米波安检成像系统，具有快速、安全、保护隐私等诸多优势，应该是最具发展潜力和市场应用规模的人体安检系统。并且，随着半导体技术取得长足的发展，国内外半导体公司毫米波芯片的商业化，毫米波芯片成本大幅下降，使得毫米波安检成像成为可能。一般地，毫米波安检成像系统可分为被动式和主动式两种。被动式毫米波安检成像系统通过接收人体和背景场景自身辐射的能量，并利用物体间的辐射强度差异实现成像，成像方式与红外成像仪类似。主动式毫米波安检成像系统是通过对被检目标发射毫米波，接收被被检目标反射回来的毫米波，通过全息三维成像技术反演出被检目标图像。与被动成像方式相比，主动成像方式得到的信息量更丰富，不仅能够实现二维成像还能够实现三维成像。作为主动式人体安检成像系统的重要组成部分，毫米波收发前端必然是该领域的研究热点。毫米波收发前端的设计应充分遵循最优化设计原则，从高可靠性、高性价比、易维修性、可工艺实现性等方面综合考虑，甚至在限定的体积与重量条件下，考虑实际使用工作状况下的结构强度要求。总之，通过系统级设计做到性能综合权衡，全面寻求技术实现最优解。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的主要目的是提供一种用于主动式人体安检成像系统的毫米波收发前端。本技术采用的技术方案是：一种用于主动式人体安检成像系统的毫米波收发前端，包括工作于Ka波段的毫米波收发天线阵列，工作于Ka波段的毫米波收发开关网络，工作于Ka波段的毫米波收发机模块以及通过进行DC～DC直流变换、可提供﹢5V、-5V供电需求的二次电源模块；所述的毫米波收发开关网络用于连接毫米波收发天线阵列和毫米波收发机模块，所述毫米波收发天线阵列包括发射天线阵列和接收天线阵列，所述发射天线阵列至少包含一个由24个发射单元组成的发射天线子阵列，所述接收天线阵列至少包含一个由24个接收单元组成的发射天线子阵列。进一步地，所述发射天线阵列包括由8个发射天线子阵列组成的一维均匀直线阵；所述接收天线阵列包括由8个接收天线子阵列组成的一维均匀直线阵。进一步地，所述毫米波收发开关网络分为发射开关网络和接收开关网络，所述发射开关网络和接收开关网络均由2级开关网络组成。进一步地，所述发射开关网络由具有1个单刀八掷开关SP8T的发射一级开关网络与具有1个单刀三掷开关SP3T、8个单刀八掷开关SP8T级联的发射二级开关网络组成，发射一级开关网络和发射二级开关网络之间通过毫米波同轴电缆连接；接收开关网络由具有1个单刀八掷开关SP8T的接收一级开关网络与具有1个单刀三掷开关SP3T、8个单刀八掷开关SP8T级联的接收二级开关网络组成，接收一级开关网络和接收二级开关网络之间通过毫米波同轴电缆连接。进一步地，所述毫米波收发机模块通过发射开关网络连接发射天线阵列，所述接收天线阵列经接收开关网络的切换后，顺序接收目标后向散射的回波信号进入毫米波收发机模块。进一步地，所述二次电源模块由电源主模块和电源分配板组成；其中，所述电源主模块输入﹢12V，输出﹢5V、-5V各2路，再由电源分配板进行多路﹢5V、-5V电源产生后供给毫米波收发开关网络和毫米波收发机模块。进一步地，所述发射单元之间的间距为1倍的毫米波波长，所述接收单元之间的间距为1倍的毫米波波长。进一步地，所述发射天线阵列和接收天线阵列相互平行，发射天线阵列和接收天线阵列间距约为1.5倍的毫米波波长，且两者沿着阵列排布方向相错0.5倍的毫米波波长。进一步地，所述毫米波收发机模块由频标产生电路、波形及时序控制电路、倍频电路、变频与放大电路、中频电路、电源变换电路六部分组成，所述电源变换电路分别连接频标产生电路、波形及时序控制电路、倍频电路、变频与放大电路以及中频电路，变频与放大电路与中频电路连接，频标产生电路与波形及时序控制电路连接，波形及时序控制电路与倍频电路连接，倍频电路与变频与放大电路连接，其中，所述毫米波收发机模块(3)与成像系统外部间的接口包括：1路同相位信号I、1路正交信号Q、1路100MHz同步时钟信号，以及控制与通信接口；毫米波收发机模块与毫米波收发前端内部间的接口包括：1路毫米波发射信号、1路毫米波接收信号，以及控制与供电接口。本技术具有以下优点：1.该毫米波收发前端组成架构合理、连接关系简单清晰，通过采用模块化与通用化的设计理念有效地提高了产品的集成度、易于维护与维修，且具有性能稳定可靠、一致性好、性价比高、易于规模化生产等优势。2.该毫米波收发前端具有发射与接收各自192个通道规模，采用划分24路为1个小规模子阵模块的方式进行多通道模块化集成，提高系统可拓展性及模块的互换性，系统内部的信号互联、模块独立性能测试与模块封装技术继承性好。3.采用了多个毫米波MMIC开关芯片和PIN驱动芯片搭建单刀多掷开关网络，以此控制毫米波收发天线阵列的工作顺序，大大降低了系统的复杂度，具有高集成度特点。4.采用间接式为主，应用DDS倍频与锁相环技术、电磁兼容技术以及MCM电路集成设计技术等进行频率综合，以达到宽带和稳频、稳相的技术要求，实现小型化、一体化、低成本、低功耗收发机模块设计。附图说明图1为本技术的毫米波收发前端组成框图图2为毫米波收发天线阵列的布局示意图图3为本技术的毫米波收发前端射频工作原理图图4为本技术的毫米波收发前端控制工作原理图图5为本技术的毫米波收发前端供电工作原理图图6为毫米波收发机模块的组成与工作原理图图7为本技术的毫米波收发前端控制时序在附图和书面说明中，标号指示本专利技术的各个部件，在所有附图和整个书面说明中，相同的标号表示相同的部件。具体来说，图中标号：1－毫米波收发天线阵列，2－毫米波收发开关网络，3－毫米波收发机模块，4－二次电源模块，11－发射天线阵列，12－接收天线阵列，21－发射开关网络，22－接收开关网络，211－发射一级开关网络，212－发射二级开关网络，213－发射一级开关网络控制与供电分配板，214－发射二级开关网络控制与供电分配板，221－接收一级开关网络，222－接收二级开关网络，223－接收一级开关网络控制与供电分配板，224－接收二级开关网络控制与供电分配板，41－电源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于主动式人体安检成像系统的毫米波收发前端，其特征在于：包括工作于Ka波段的毫米波收发天线阵列(1)，工作于Ka波段的毫米波收发开关网络(2)，工作于Ka波段的毫米波收发机模块(3)以及通过进行DC～DC直流变换、可提供﹢5V、‑5V供电需求的二次电源模块(4)；所述的毫米波收发开关网络(2)用于连接毫米波收发天线阵列(1)和毫米波收发机模块(3)，所述毫米波收发天线阵列(1)包括发射天线阵列(11)和接收天线阵列(12)，所述发射天线阵列(11)至少包含一个由24个发射单元组成的发射天线子阵列，所述接收天线阵列(12)至少包含一个由24个接收单元组成的发射天线子阵列。

【技术特征摘要】
1.一种用于主动式人体安检成像系统的毫米波收发前端，其特征在于：包括工作于Ka波段的毫米波收发天线阵列(1)，工作于Ka波段的毫米波收发开关网络(2)，工作于Ka波段的毫米波收发机模块(3)以及通过进行DC～DC直流变换、可提供﹢5V、-5V供电需求的二次电源模块(4)；所述的毫米波收发开关网络(2)用于连接毫米波收发天线阵列(1)和毫米波收发机模块(3)，所述毫米波收发天线阵列(1)包括发射天线阵列(11)和接收天线阵列(12)，所述发射天线阵列(11)至少包含一个由24个发射单元组成的发射天线子阵列，所述接收天线阵列(12)至少包含一个由24个接收单元组成的发射天线子阵列。2.根据权利要求1所述的一种用于主动式人体安检成像系统的毫米波收发前端，其特征在于：所述发射天线阵列(11)包括由8个发射天线子阵列组成的一维均匀直线阵；所述接收天线阵列(12)包括由8个接收天线子阵列组成的一维均匀直线阵。3.根据权利要求2所述的一种用于主动式人体安检成像系统的毫米波收发前端，其特征在于：所述毫米波收发开关网络(2)分为发射开关网络(21)和接收开关网络(22)，所述发射开关网络(21)和接收开关网络(22)均由2级开关网络组成。4.根据权利要求3所述的一种用于主动式人体安检成像系统的毫米波收发前端，其特征在于：所述发射开关网络(21)由具有1个单刀八掷开关SP8T的发射一级开关网络(211)与具有1个单刀三掷开关SP3T、8个单刀八掷开关SP8T级联的发射二级开关网络(212)组成，发射一级开关网络(211)和发射二级开关网络(212)之间通过毫米波同轴电缆连接；接收开关网络(22)由具有1个单刀八掷开关SP8T的接收一级开关网络(221)与具有1个单刀三掷开关SP3T、8个单刀八掷开关SP8T级联的接收二级开关网络(222)组成，接收一级开关网络(221)和接收二级开关网络(222)之间通过毫米波同轴电缆连接。5.根据权利要求1所述的一种用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：张秀锋，宁婷，李艺萍，吴龙刚，谢香勋，
申请(专利权)人：西安天安电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西,61