用于微波成像系统中的扫描面板利用两个互补的天线元件阵列捕捉目标的微波图像。第一阵列中的每个天线元件能够被用各自的相位延迟编程，以按照发射波束场型将微波照射的发射波束引导向目标，第二阵列中的每个天线元件能够按照接收波束场型在接收波束中接收从目标反射的反射微波照射，所述接收波束场型与所述发射波束场型互补。目标的微波图像形成于发射波束和接收波束之间的交点处。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微波成像，尤其涉及利用互补的发射和接收波束场型(pattern)进行高效高分辨率微波成像的系统和方法。
技术介绍
最近在微波成像方面的进步允许了对能够生成对象和其他感兴趣的项(例如人类对象)的二维甚至三维微波图像的微波成像系统的商业开发。目前有几种微波成像技术可用。例如，一种技术使用微波检测器(以下称为“天线元件”)阵列来捕捉目标所发射的无源微波能量或响应于目标的有源微波照射而从目标反射的反射微波能量。人或其他项的二维或三维图像是通过相对于目标的位置扫描天线元件阵列和/或调整被发射或检测到的微波能量的频率(或波长)来构造的。用于发射和/或接收微波能量的发射和/或接收天线阵列可利用传统的模拟相控阵列或二元反射器阵列来构造，所述模拟相控阵列或二元反射器阵列例如是题为“A Device for Reflecting Electromagnetic Radiation”的美国专利申请序列号No.＿＿＿(代理人案卷号No.10040151)和题为“Broadband Binary Phased Antenna”的美国专利申请序列号No.＿＿＿(代理人案卷号No.10040580)中描述的那些。对于任何一种类型的阵列，具有最高空间分辨率的最大可寻址体积是通过以下方式获得的选择小波长λ，用天线元件密集填充该阵列以便两个方向上相邻天线元件间的间距都是λ/2，并且使阵列的二维面积最大。例如，如果阵列是侧边L的平方，则位于与阵列距离为L处的对象可以约为λ的分辨率来成像。但是，天线元件的数目与(L/λ)2成正比，从而阵列成本与(L/λ)2成正比。此二次成本相关性是按比例增大阵列尺寸以增大可寻址视野或者减小波长以增大分辨率的障碍。这里所使用的术语“可寻址视野”(AFOV)是指可以高分辨率寻址的体积(即可在最高分辨率的某个指定倍数内分辨的体积)。已为成本-分辨率-AFOV问题建议的一种解决方案是使用稀疏天线阵列而不是密集天线阵列。由于分辨率随着数值孔径而增大，而数值孔径又取决于阵列的直径而不是面积，因此具有两个或四个相距L的天线元件的阵列可实现所需的分辨率。但是，稀疏阵列产生了多波瓣天线场型。如果阵列是传统发射相控阵列并且1≥s≥0是稀疏因子，则付立叶分析的帕斯瓦尔定理规定发射功率中只有s落入相同大小的原始密集(s＝1)阵列所分辨的范围内。如果稀疏阵列是反射器阵列，并且发射喇叭(horn)照射原始密集(s＝1)阵列的整个范围，则稀疏阵列只处理喇叭的功率中的s。因此，效率因子(填充原始面积的被发射的部分)是s2。如果反射器阵列既被用于将微波照射引导向目标，还被用于接收来自目标的反射微波照射，则总效率因子是η＝s4。例如，50％稀疏反射器阵列可产生1/16＝6.25％的发射-接收效率。从而，随着阵列的稀疏度增大，信号损耗以四次方增大。稀疏阵列的信噪比(SNR)也有同样的s2或s4相关性。此外，由杂散辐射导致的背景噪声(也称为“杂波”)由于几个原因进一步减小了稀疏阵列的SNR。首先，原始密集(s＝1)阵列的空闲面积变成聚光平面镜，该平面镜以1-s的填充因子效率镜像弹回辐射。第二，其余(占用)面积几何图形一般产生随着天线定相变化以受控不佳的方式改变方向的旁瓣。旁瓣权重随着阵列稀疏度的增大而增大。就这两个因素随着阵列变得更稀疏而增大系统噪声方面来说，根据经验SNR将会按照sa/(1-s)b变化，其中a≈4，b≈1。从而，稀疏阵列导致信号损耗的增大和SNR的减小。因此，需要一种用于微波成像中的成本效率高的天线阵列设计，其导致高AFOV，而没有信号损耗的高阶增大或SNR的高阶减小。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种用于微波成像系统中以捕捉目标的微波图像的扫描面板。该扫描面板包括多个天线元件，其中每一个能被以各自的相位延迟编程，以将微波照射的发射波束引导向目标，并且其中每一个能在接收波束中接收从目标反射的反射微波照射。多个天线元件以两个互补的阵列形式排列。天线元件的第一阵列被排列为按照发射波束场型将微波照射的发射波束引导向目标。天线元件的第二阵列被排列为按照接收波束场型接收该接收波束，所述接收波束场型与所述发射波束场型互补。目标的微波图像形成于发射波束和接收波束的交点处。在一个实施例中，天线元件是反射天线元件。微波源向天线元件的第一阵列发射微波照射，天线元件的第一阵列又基于各自的编程的相位延迟反射微波照射，以将微波照射的波束引导向目标。天线元件的第二阵列被配置为接收从目标反射的反射微波照射并基于与第二阵列中的反射天线元件相关联的各自的附加相位延迟来将反射微波照射反射向微波接收器。在另一个实施例中，发射波束场型和接收波束场型是正交椭圆波束，并且第一阵列和第二阵列在第一阵列和第二阵列中的每一个的中点附近相交。在另一个实施例中，发射波束场型是粗点单波瓣波束场型，接收波束场型是细点多波瓣场型。第一阵列的面积小于第二阵列的面积，并且第一阵列的密度大于第二阵列的密度。在另一个实施例中，发射波束场型和接收波束场型是相对于彼此旋转了45度的十字形波束。附图说明将参考附图描述所公开的专利技术，附图示出本专利技术的重要示例性实施例，并且此处通过引用被结合在其说明书中，附图中图1是使用根据本专利技术实施例的包括天线阵列设计的扫描面板的简化示例性微波成像系统的示意图；图2示出根据本专利技术实施例用于有源发射/接收阵列中的示例性有源天线元件；图3是根据本专利技术实施例用于反射器阵列中的无源天线元件的截面图；图4是根据本专利技术实施例结合了用于反射微波照射的反射器阵列的示例性扫描面板的顶视图的示意图；图5A是根据本专利技术实施例的示例性天线阵列设计的示意图； 图5B是由图5A所示的天线阵列设计所产生的微波波束辐射场型的图示；图6A是根据本专利技术实施例的另一个示例性天线阵列设计的示意图；图6B是由图6A所示的天线阵列设计所产生的微波波束辐射场型的图示；图7是示出根据图6A的天线阵列设计所设计的反射器阵列的示例性照射的示意图；图8A是根据本专利技术实施例的另一示例性天线阵列设计的示意图；图8B是由图8A所示的天线阵列设计所产生的微波波束辐射场型的图示；图9是示出根据图8A的天线阵列设计所设计的天线阵列的示例性照射的示意图；图10是示出根据图8A的天线阵列设计所设计的天线阵列的另一示例性照射的示意图；图11A是根据本专利技术实施例的另一示例性天线阵列设计的示意图；图11B是由图11A所示的天线阵列设计所产生的微波波束辐射场型；以及图12是示出根据本专利技术实施例用于捕捉目标的微波图像的示例性过程的流程图。具体实施例方式这里所使用的术语微波辐射和微波照射各自是指波长在0.3mm至30cm之间的电磁辐射，对应于频率为约1GHz至约1000GHz的电磁辐射。从而，术语微波辐射和微波照射各自包括传统微波辐射以及通常称为毫米波辐射的辐射。图1是根据本专利技术的实施例的简化示例性微波成像系统10的示意图。微波成像系统10包括一个或多个扫描面板50(为了方便起见只示出其中的一个)，其中每一个能够经由天线元件80发射微波辐射和/或接收微波辐射，以便捕捉对象(例如手提箱、人类对象或任何其他感兴趣的项)的微波图像。在一个实施例中，扫描面板50包括由反射天线元件80组成的无源可编程反射器阵列。每个反射天线元件能本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于微波成像系统中以捕捉目标的微波图像的扫描面板，包括：多个天线元件，其中每一个能被以各自的相位延迟编程，以将微波照射的发射波束引导向所述目标，并且其中每一个能在接收波束中接收从所述目标反射的反射微波照射，所述多个天线元件包括： 天线元件的第一阵列，其被排列为按照发射波束场型引导所述微波照射的发射波束，以及天线元件的第二阵列，其被排列为按照接收波束场型接收所述接收波束，所述接收波束场型与所述发射波束场型互补；其中所述目标的微波图像形成于所述发 射波束和所述接收波束的交点处。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：格雷戈里史蒂文李，罗伯特C塔巴尔，伊扎克巴哈拉夫，
申请(专利权)人：安捷伦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：US[]
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