[发明专利]大功率太赫兹连续波二维成像系统

摘要

本发明公开了一种大功率太赫兹连续波二维成像系统，包括收发共用天线，二维扫描平台、太赫兹连续波发射模块、太赫兹连续波接收模块、TPX透镜、数据采集和处理模块、图像处理模块和图像显示单元。本发明具有频率在太赫兹波段，发射模块发射功率高，系统结构简单、体积小，分辨率高等优势。

主权项

一种大功率太赫兹连续波二维成像系统，其特征在于：包括有：收发共用天线(11)，用于向被测对象(17)的被测表面发送太赫兹连续波发射信号并接收从被测对象(17)的被测表面返回的回波信号；二维扫描平台(18)，用于在二维平面上固定并移动被测对象(17)；太赫兹连续波发射模块(10)，用于生成发送给被测对象(17)的太赫兹连续波发射信号；太赫兹连续波接收模块(12)，用于接收和处理来自收发共用天线(11)的太赫兹连续波回波信号；TPX透镜(16)，包括TPX透镜Ⅰ(25)和TPX透镜Ⅱ(26)，用于将太赫兹连续波发射模块(10)发射的太赫兹连续波先经过TPX透镜Ⅰ(25)变成平行的，再经过TPX透镜Ⅱ(26)会聚至被测对象(17)的被测表面；或者用于将被测对象(17)的被测表面反射的太赫兹连续波先经过TPX透镜Ⅱ(26)变成平行的，再经过TPX透镜Ⅰ(25)会聚至所述收发共用天线(11)；数据采集和处理模块(13)，用于采集和处理从太赫兹连续波接收模块输出的回波信号以生成被测对象(17)的被测表面(23)的二维图像；图像处理模块(14)，用于进一步处理数据采集和处理模块(13)生成的二维图像以使图像更加清晰；图像显示单元(15)，用于显示由图像处理模块(14)生成的二维图像；太赫兹连续波接收模块(12)包括第二信号源(309)、第二功率放大器(310)、衰减器(311)、第三二倍频器(312)、次谐波混频器(313)、带通滤波器(314)、低噪声放大器(315)和检波器(316)，太赫兹连续波接收模块(12)用于接收和处理来自收发共用天线的太赫兹连续波回波信号；所述第二信号源(309)是工作频率为27.475GHz的点频信号源，可以表示为：其中，A2表示为初始幅值，f2为频率27.475GHz，t为时间，为第二信号源(309)的初始相位值；第二功率放大器(310)对第二信号源(309)的功率进行放大，进一步地衰减器(311)将第二功率放大器(310)的输出信号的功率略衰减以达到第三二倍频器(312)的安全功率输入范围；第三二倍频器(312)将衰减器(311)输出的信号进行二倍频至54.95GHz，并将二倍频后的信号输出至次谐波混频器(313)本振端；次谐波混频器(313)将定向耦合器(307)的耦合端连接至次谐波混频器(313)的射频端，此时本振端的信号频率为109.9GHz，射频端的信号频率为110GHz；次谐波混频器(313)本振端的信号可表示为其中，A2′是本振端信号的幅值；次谐波混频器(313)射频端的信号可表示为：其中，A1″是射频端信号的幅值，是射频端信号的初始相位值；次谐波混频器(313)的中频输出信号可表示为：次谐波混频器(313)的中频输出端连接至带通滤波器(314)的输入端；带通滤波器(314)的中心频率为100MHz，将次谐波混频器(313)的中频输出信号中100MHz以外的杂波滤除，带通滤波器(314)的输出信号可表示为：带通滤波器(314)的输出端连接至低噪声放大器(315)；将带通滤波器(314)的输出信号的噪声降低并功率放大以提高100MHz中频信号的输出功率，低噪声放大器(315)的输出信号可表示为：其中，K是低噪声放大器的放大系数，是信号变化的相位值；低噪声放大器(315)能够使经过两次下变频的微弱中频信号进行放大，提高了输出信号的信噪比、探测灵敏度，然后使用检波器(316)将低噪声放大器(315)的输出信号由交流信号变为直流信号，并将其输出信号被送入数据采集和处理模块。