[发明专利]一种便携式太赫兹被动式彩色照相机

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹成像技术领域，具体涉及一种便携式太赫兹被动式彩色照相机。

背景技术

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。

但是目前的太赫兹成像设备存在一些问题：

1、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。

2、.通常采用单像素扫描结构，不能实时成像，分辨率有待提高。

3、.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。

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。

发明内容

本发明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被动式彩色照相机，采用太赫兹多波束准光混频器作为主要的接收与变频元件，集成度高，十分适用于二维大规模成阵，整体的接收机体积和重量小，能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。

根据本发明的第一方面，提供了一种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。

可选择地，太赫兹多波束准光混频器的混频天线芯片包含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，