[实用新型]一种基于3D天线的微波层析成像装置

说明书

技术领域

本实用新型是一种基于3D天线的微波层析成像装置，涉及图像成型领域。

背景技术

微波层析成像利用多通路低功率微波对物质内部的介质特性进行成像，从而测量物质内部的特性，分析推断出有关物理量的分布，如浓度、湿度。

微波层析成像采用天线进行微波的辐射和接收，通过一个天线向成像区域内物质的一个入射方向辐射微波，辐射的微波与物质的介质特性产生作用形成一个散射波，然后通过另一个天线沿一个散射方向接收散射波，如此构成一对天线之间的微波信号传输，再利用微波检测器测量散射波信号的幅度和相位。为了获得在不同方向入射微波情况下多个方向散射波的数据，微波层析成像系统一般采用多个天线，这些天线均匀地排放在成像区域的边缘，在获得这些散射场的数据之后，利用图像重建方法重建成像区域内物质的介质特性，形成图像。在图像重建中，成像区域一般采用柱体形状模型，假定在柱体成像区域内物质的介质特性沿轴向方向没有变化，微波层析成像中三维图像重建的过程便简化为二维图像的重建，这二维图像重建的方法减少了许多数学运算。

在本实用新型以前，微波成像系统一般采用单偶极子的线性天线形成天线阵列，如Z.Wu等(Microwave-tomographic system for oil and gas multiphase flow imaging,IOP Measurement Science and Technology,2009年第20卷104026)文献中阐述基于单偶极子的微波成像系统。由于单偶极子的最佳辐射频率是在它的长度接近四分之一波长，所以在低频微波波段单偶极子的物理长度可能远大于成像区域横截面的直径。在这样的情况下，物质沿柱体成像区域轴向方向的不均匀性会给快速、有效的二维图像重建方法带来很大的误差。本实用新型提出采用由一个倒L形的线状导体和一个面状导体制成的3D天线，进行发射和接收微波信号，以缩短天线沿柱体成像区域轴向方向的长度，降低物质沿柱体成像区域轴向方向的不均匀性对成像系统的影响，同时提高天线之间的信号传输强度，从而提高信号的信噪比和图像质量。

发明内容

本实用新型提供一种基于3D天线的微波层析成像装置，用于生成物质介电常数的图 像，利用低功率微波实现成像。

本实用新型采取的技术方案为：

一种基于3D天线的微波层析成像装置，包括一个柱形成像区域、一个多个3D天线构成的天线阵列，一个天线阵列基板，所述天线阵列中的每一个3D天线由一个倒L形的线状导体和一个面状导体构成；天线阵列环绕柱形成像区域；每一个3D天线在L形的线状导体的末端具有一个微波信号连接口；每一个3D天线能够辐射微波或者接收微波；3D天线之间通过柱形成像区域进行微波信号传输；3D天线的长度方向与所述柱形成像区域横截面垂直，与所述天线阵列基板垂直。

每个3D天线的结构基本上呈η形状；η的左边部分为面状导体，剩余的倒L部分为线状导体；微波信号连接口在η形状的底部；每个3D天线有个共地。

每个3D天线的最大辐射方向与线状导体的长度方向垂直。

每个3D天线的面状导体长度大于宽度。

每个3D天线由铜、黄铜或者其它金属线制成。

每个3D天线通过微波信号连接口与微波信号源或者微波检测器连接。

所述天线阵列基板由铝、铜、或者不锈钢材料制成，天线阵列基板为天线阵列的共地。所述柱形成像区域包括一个柱形管道或容器以及内部区域；管道或容器的轴向方向与3D天线的长度方向平行。

每个3D天线有个SMA连接器作为微波连接口，SMA的外壳与天线阵列基板相连接，SMA的中心导线与3D天线相连接，SMA的外壳与中心导线之间有个介质材料隔离。

采用该一种基于3D天线的微波层析成像装置的成像方法，至少有一个微波信号源，用于微波的激励，频率范围为300兆赫兹至10千兆赫兹；

至少有一个微波检测器，用于微波的检测；

至少有一个测量方法，实现所有天线之间的微波信号传输测量，包括幅度和相位的测量，形成一组测量数据，重建所述柱形成像区域内横截面上的介电常数的分布图像。

采用该一种基于3D天线的微波层析成像装置的成像方法，包含一个显示方法，显示介电常数的分布图像。

采用该一种基于3D天线的微波层析成像装置的成像方法，包括以下步骤：

1)、提供一个平行的3D天线阵列，排列在所述柱形成像区域的周边，并通过所述柱形成像区域进行信号传输。