[发明专利]一种毫米波成像系统

说明书

本发明公开了一种毫米波成像系统，包括发射天线单元、基于伦伯透镜的接收天线单元、信号接收单元、控制及处理单元四个单元。发射天线单元为微带直线阵列天线，基于伦伯透镜的接收天线单元由伦伯透镜、接收天线模块以及接收焦曲面三部分组成，信号接收单元由级联的AWR1243芯片、组合的HMC‑SDD112型号电子切换开关两部分组成，控制及处理单元采用了DSP芯片。DSP芯片通过对电子切换开关控制，从而接收指定位置的天线信息，结合某部分位置的天线信息可以实现某一部分的成像功能，最后对所有位置综合实现成像功能。

技术领域

本发明包括天线技术及成像领域，涉及一种工作在77GHz～81GHz频段的毫米波成像系统。

背景技术

毫米波是波长为1～10mm的电磁波，工作频率为30～300GHz。毫米波位于微波与远红外波相交叠的波长范围，与其他波段的电磁波相比有很多优点如：波束窄，方向性好，有极高的空间分辨力，跟踪精度高；多普勒效应明显，多普勒分辨力良好；有极宽的带宽；与激光相比，毫米波的传播受气候的影响要小得多，几乎具有全天候特性等。另外，伦伯透镜具有高增益、低剖面、可多馈元多波束等特点。本发明将工作在77GHz～81GHz频段的毫米波天线与伦伯透镜结合起来，克服了接收信号不足的缺点，可以在固定好的某一位置不通过移动接收成像目标的多方位雷达回波信号，也提高了成像的准确性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一个应用毫米波对目标进行成像的系统，选择毫米波波段进行发送和接收，再通过伦伯透镜以及电子切换开关和微处理器进行处理，最终实现毫米波成像的功能。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：分别设计发射天线单元、设计基于伦伯透镜的接收天线单元、设计信号接收单元、设计控制及处理单元四个单元，四个单元配合工作从而实现毫米波成像的功能。

所述的发射天线单元为两列式微带直线阵列天线，矩形贴片的长为1.5mm、宽为0.97mm，馈线长度为1.18mm，馈线宽度为0.1mm，介质采用RO4350B，介质厚度为0.1016mm。所设计的发射天线中心频率为78.5GHz，经过仿真可得S参数在77GHz到81GHz范围内小于-10dB，天线的增益是10.4dB，每个天线的波束角为120°，可以满足接收成像的数据内容，天线接AWR1243芯片发射端。

所述的基于伦伯透镜的接收天线单元由伦伯透镜、接收天线模块以及接收焦曲面三部分组成，该部分的功能主要实现对回波信息的初步接收。

所述的伦伯透镜分层结构为10层，伦伯透镜的直径为1m，通过伦伯透镜对回波信息进行汇聚处理，把入射的平面波汇聚到球体的焦点位置。因为伦伯透镜具有球对称性，可以在球体表面放置多个馈源，从而实现快速扫描，接收大量成像数据。伦伯透镜采用多层结构，利用多层不同介电常数的介质球层实现能量的聚焦。

所述的天线接收模块，天线设计为与发射天线形式相同的的一列式天线，矩形贴片的长为1.5mm、宽为0.97mm，馈线长度为1.18mm，馈线宽度为0.1mm，介质为RO4350B，介质厚度h＝0.1016mm。

所述天线接收模块设计为每个模块上4个一列式接收天线，采用天线加介质基片加参考地的方式。天线的数量设计为256个，即为256/4＝64个天线接收模块，将其均匀分布在焦曲面之上。天线接收模块的尺寸包含地平面的大小为长21mm，宽3mm。模块的中心为圆形穿孔区域，将天线接到焦曲面罩的另外一侧，方便背侧电路的连接以及信号的传递。

所述的接收焦曲面，设计为高为25cm的球冠面，焦曲面材质选用玻璃钢材质，可以起到耐腐蚀的功能。在焦曲面之上以模块的形式均匀分布需要的接收天线模块，将天线接收模块嵌入在焦平面介质之中，在接收模块的背面打孔用来向后进行信号传输。焦平面板的厚度设计5mm，每个凹槽的为边长为21mm，厚度为2mm正方形凹槽，可将天线接收模块放置其中。