双圆弧形MIMO天线阵列及安检成像装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种双圆弧形MIMO天线阵列，包括：发射天线，在以目标物为圆心的第一圆弧上；接收天线，在以目标物为圆心的第二圆弧上，所述第一圆弧的第一半径与第二圆弧的第二半径不相等。现有技术的MIMO天线阵列一般存在近似误差，而在近场中的误差尤其大，使得MIMO阵列偏离设计指标，存在严重的旁栅伪影，影响成像质量。本实用新型专利技术通过将发射天线和接收天线设置在以目标物为圆心的两个圆弧上，消除了上述近似误差，保证了成像质量。此外，本实用新型专利技术还提供了一种安检成像装置，包括上述双圆弧形MIMO天线阵列，提高了安检效率，降低了成本。

Double circular arc MIMO antenna array and security imaging device

The utility model provides a double circular arc MIMO antenna array, which comprises: a transmitting antenna on the first circular arc with the target as the center; a receiving antenna on the second circular arc with the target as the center, the first radius of the first circular arc is not equal to the second radius of the second circular arc. The existing MIMO antenna array generally has approximate error, but the error in the near field is especially large, which makes the MIMO array deviate from the design index, and there are serious side grid artifacts, which affect the imaging quality. The utility model eliminates the above approximate error and ensures the imaging quality by setting the transmitting antenna and the receiving antenna on two arcs with the target as the center. In addition, the utility model also provides a security inspection imaging device, which includes the above-mentioned double circular arc MIMO antenna array, improves the security inspection efficiency and reduces the cost.

【技术实现步骤摘要】
双圆弧形MIMO天线阵列及安检成像装置
本技术涉及电磁波成像领域，尤其涉及一种双圆弧形MIMO天线阵列及安检成像装置。
技术介绍
在反恐形势日益严峻的今天，公共安全问题得到了政府及民众的重视，安检系统已广泛应用于机场、火车站、体育馆、博物馆等公共场所，因此，人们对安检系统的安检效率、成本及复杂程度提出了更高的要求。多输入多输出(Multiple-InputMultiple-Output，MIMO)成像雷达是一种利用收发天线单元的多重组合来实现以较少的天线数目生成图像的雷达，具备数据获取速率快、成本及系统复杂程度低等特点，在人体安检等领域具有显著优势。主动式毫米波安检成像技术的原理是成像设备先向目标发射毫米波，接着探测器接收目标反射的毫米波，最后利用获得的电磁波数据进行图像重建。现有的主动式毫米波安检成像系统中，多采用单收单发天线或直线形MIMO天线。由于需要满足奈奎斯特采样定律，成像系统的采样间隔一般小于λ/2，随着采样频率的提高，单收单发模式需要大量的收发天线，不仅提高了系统的成本和复杂度，而且过多的天线使得数据的采样时间增长，不利于安检效率的提高。直线形MIMO天线阵列的设计是基于等效相位中心原理，而在近场应用中该原理将会产生无法忽略的近似误差，导致MIMO天线阵列重建的图像质量差，存在严重的旁栅伪影。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本技术的目的在于提供一种双圆弧形MIMO天线阵列及安检成像装置，以解决上述的至少一项技术问题。(二)技术方案本技术的一方面，提供了一种双圆弧形MIMO天线阵列，包括：发射天线，在以目标物为圆心的第一圆弧上；接收天线，在以目标物为圆心的第二圆弧上，所述第一圆弧的第一半径与第二圆弧的第二半径不相等。在本技术的一些实施例中，所述双圆弧形MIMO天线阵列的等效天线阵列包括多个天线单元，邻近的天线单元的间隔相等。在本技术的一些实施例中，所述等效天线阵列的长度L≥2Dtan[arcsin(λ/4δ)]，邻近的天线单元的间隔d＝λ/2，等效天线阵列的圆弧半径天线单元数目NE＝L/d，其中，λ为工作波长，δ为成像的方位向分辨率，D为成像距离。在本技术的一些实施例中，NE、NT和NR还满足NE＝NTNR，发射天线的数目NT＝NsubTnT，NR＝NsubRnR，NT为发射天线的数目，NR为接收天线的数目，NsubT为发射天线子阵数目，NsubR为接收天线子阵数目，nT为子阵内发射天线数目，nR为子阵内接收天线数目。在本技术的一些实施例中，所述第一半径rT与第二半径rR满足rT+rR＝2r0，|rT-rR|＝dr，dr≤2·r0。在本技术的一些实施例中，所述dr为a·λ，λ为工作波长，a为正整数。在本技术的一些实施例中，邻近的天线单元之间的间隔圆心角为在本技术的一些实施例中，所述发射天线与接收天线中的一个作为稀疏阵列，另一个作为稠密阵列，稠密阵列的子阵的天线间隔圆心角为稀疏阵列子阵天线间隔圆心角为n代表稠密阵列的子阵的天线数目。在本技术的一些实施例中，所述稠密阵列存在至少两个子阵列，稠密阵列的子阵列之间的间隔圆心角为B代表稀疏阵列的总天线数目。本技术实施例的第二方面，还提供了一种安检成像装置，包括以上任一所述的双圆弧形MIMO天线阵列。(三)有益效果本技术实施例的双圆弧形MIMO天线阵列及安检成像装置，相较于现有技术，至少具有以下优点：1、通过将发射天线和接收天线设置在以目标物为圆心的两个圆弧上，消除了现有技术的MIMO天线阵列中的近似误差，保证了成像质量。2、由于难以直接确定发射天线和接收天线的排列关系，引入该双圆弧形MIMO天线阵列的等效天线阵列，能够快速准确地确定发射天线和接收天线的排列关系。3、由于双圆弧形MIMO天线阵列中满足NE＝NTNR，NT＝NsubTnT，NR＝NsubRnR这三个公式的的NT、NR、NsubT、NsubR、nT、nR可能不止一种，需根据实际成像系统的需求确定最优组合，因此，本技术的双圆弧形MIMO天线阵列的发射天线和接收天线的具体实施方式众多，可供用户进行选择。4、将本技术的双圆弧形MIMO天线阵列应用于安检成像装置，保证了成像质量，提高了安检效率，降低了成本。5、通过将发射天线和接收天线分别放置在以目标物为圆心的两个半径不同的圆弧上，使得天线有更大的安装空间，降低了系统的装配难度。附图说明图1为现有技术的MIMO天线阵列的收、发天线组合形成等效天线的原理示意图。图2为本技术实施例的双圆弧形MIMO天线阵列的收、发天线组合形成等效天线的原理示意图。图3为本技术实施例的双圆弧形MIMO天线阵列的结构示意图。图4为本技术一具体实施例的等效天线阵列的结构示意图。图5为本技术第一实施例的双圆弧形MIMO天线阵列的结构示意图。图6为本技术第二实施例的双圆弧形MIMO天线阵列的结构示意图。图7为本技术第三实施例的双圆弧形MIMO天线阵列的结构示意图。图8为本技术第四实施例的双圆弧形MIMO天线阵列的结构示意图。图9A为本技术第五实施例的双圆弧形MIMO天线阵列的具体示意图。图9B为图9A的等效天线阵列的具体示意图。图10A为直线形MIMO天线阵列的具体示意图。图10B为图10A的等效天线阵列的具体示意图。图11为本技术实施例的双圆弧形MIMO天线阵列与等效天线阵列的仿真结果显示。图12为本技术实施例的双圆弧形MIMO天线阵列与直线形MIMO阵列的仿真结果显示。图13为本技术实施例的安检成像装置的结构示意图。具体实施方式目前，对于包含M个发射天线和N个接收天线的MIMO天线阵列而言，通过接收天线和发射天线的组合，其可实现的采样数等同于拥有M×N个收发同置天线单元的阵列。因此采用MIMO天线阵列将极大的降低安检系统成本及复杂度。此外，受制于奈奎斯特采样定理，高频波段下单收单发天线间隔极小，对天线加工工艺要求较高，而MIMO阵列中天线可以将稀疏布置，天线工艺加工难度要小于单收单发阵列。基于等效相位中心原理的MIMO天线设计方法是目前主流的MIMO天线设计方法，任意一对发射天线和接收天线的组合可以用位于其中心的等效收发同置天线代替。故可以通过设计满足成像要求的等效阵列，继而分解以得到相应的MIMO阵列。但这一过程并不是完全等效，存在一定的近似误差。为便于解释等效相位中心原理，引入如图1所示的现有技术的收、发天线组合形成等效天线的原理图。发射天线位于(xT，yT)，接收天线位于(xR，yR)，点目标位于(xi，yi)，则成像距离为：接收到的回波数据可写为：其中fw为电磁波频率。...

【技术保护点】
1.一种双圆弧形MIMO天线阵列，其特征在于，包括：/n发射天线，在以目标物为圆心的第一圆弧上；/n接收天线，在以目标物为圆心的第二圆弧上，所述第一圆弧的第一半径与第二圆弧的第二半径不相等。/n

【技术特征摘要】
1.一种双圆弧形MIMO天线阵列，其特征在于，包括：
发射天线，在以目标物为圆心的第一圆弧上；
接收天线，在以目标物为圆心的第二圆弧上，所述第一圆弧的第一半径与第二圆弧的第二半径不相等。


2.根据权利要求1所述的双圆弧形MIMO天线阵列，其特征在于，所述双圆弧形MIMO天线阵列的等效天线阵列包括多个天线单元，邻近的天线单元的间隔相等。


3.根据权利要求2所述的双圆弧形MIMO天线阵列，其特征在于，所述等效天线阵列的长度L≥2Dtan[arcsin(λ/4δ)]，邻近的天线单元的间隔d＝λ/2，等效天线阵列的圆弧半径天线单元数目NE＝L/d，其中，当单频成像时，λ为成像频率对应的工作波长，当宽带成像时，λ为中心频率对应的工作波长，δ为成像的方位向分辨率，D为成像距离。


4.根据权利要求3所述的双圆弧形MIMO天线阵列，其特征在于，NE、NT和NR还满足NE＝NTNR，NT＝NsubTnT，NR＝NsubRnR，NT为发射天线的数目，NR为接收天线的数目，NsubT为发射天线子阵数目，NsubR为接收天线子阵数目，nT为子...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵自然，于洋，乔灵博，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：新型
国别省市：北京;11