Ka波段被动毫米波成像天线研究与设计
发布时间：2021-06-13 19:07
自然界中所有物体都会自发的向外辐射电磁波,被动毫米波（Passive Millimiter Wave,PMMW）成像系统正是通过检测物体所辐射的毫米波能量进行成像,在人体隐匿物品检测以及安检等方面得到了广泛的应用。PMMW成像天线系统由馈源天线和聚焦天线组成,馈源天线的小型化、高增益和聚焦天线的高分辨率是PMMW成像天线的研究热点,本文开展的研究工作主要如下:首先,针对Ka波段（30～40 GHz）被动成像系统对馈源天线的小型化、高增益、低副瓣等性能要求,设计了角锥喇叭天线、圆锥喇叭天线两款馈源天线,它们都具有较大的回波损耗和较好的辐射特性,但口径较大,不适用于低频毫米波成像系统。对此,设计了一款新型的对跖直线渐变缝隙天线（Antipodal Linear Tapered Slot Antenna,ALTSA）,将超材料结构引入到直线渐变缝隙天线的辐射前端,有效地提升了天线的增益,天线采用基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide,SIW）结构馈电,实现了宽带特性。仿真与测试结果表明,该天线在工作频带（30～40 GHz）内S11皆...
【文章来源】：重庆邮电大学重庆市
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
美国NGC公司研发的W波段被动成像系统
重庆邮电大学硕士学位论文第1章绪论4同样是用于人体隐匿物检测，日本东北大学研制了一款工作于77GHz的焦平面被动毫米波成像系统，其光学示意图及实物图如图1.3所示[18,19]。系统焦平面接收阵列由水平方向25个天线及辐射计单元组成，通过垂直扫描覆盖整个视场范围，馈源采用对跖费米天线(AntipodalFermiAntenna,AFA)。该系统具有较高的空间分辨率，能有效探测出人体衣物下隐藏的金属及爆炸物等危险物品，其成像效果如图1.4所示。图1.3日本东北大学研制的77GHz被动成像系统图1.4人体内携带隐蔽物品成像效果国内对毫米波相关技术的研究起步较晚，国外很多研究机构已经从毫米波频段向亚毫米波、THz等更高频段发展，在毫米波频段的成像系统有些已进入实用阶段。而由于毫米波技术工业基础较为薄弱，特别是国内毫米波器件以及MMIC技术相对落后，导致国内毫米波成像技术发展较为缓慢。国内对PMMW成像研究主要集中在各大高校，包括南京理工大学、北京理工大学、哈尔滨工业大学以及电子科技大学等。
重庆邮电大学硕士学位论文第1章绪论52007年，南京理工大学的学者肖泽龙等人对W波段的人体辐射成像系统进行了研究[20]，该团队采用双馈源的卡塞格伦天线作为聚焦天线，并进行了人体成像实验，但系统分辨率较低。2011年，哈尔滨工业大学邱景辉教授所在的团队开展了对8mm波段被动毫米波成像系统的研究并取得了较好的成果[21,22]。他们采用介质棒天线作为系统馈源天线，聚焦天线使用口径为550mm的双曲介质透镜，为了满足采样密度，其焦平面接收阵列采用2×10个单元进行交错排列。该系统工作于35GHz，具有较高的空间分辨率，在人体隐蔽物探测方面取得了较好的成果，其系统结构图与成像效果如图1.5所示。(a)系统实物(b)成像结果图1.5哈工大8mm被动毫米波成像系统2016年，电子科技大学的学者陈其科等人研发了一套3mm波段被动成像系统，该系统工作于89GHz，焦平面阵列由水平方向24个辐射计接收通道组成，通过垂直扫描进行成像[23,24]。接收通路由喇叭天线与W波段直接检波辐射计构成，聚焦天线采用口径为430mm的非球面介质透镜，其最佳聚焦位置距天线表面约3500mm。该系统能实现水平方向13.5°，垂直方向36°的视场覆盖，实现了较高的空间分辨率，其系统结构与成像结果如图1.6所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]毫米波与太赫兹技术[J]. 洪伟,余超,陈继新,郝张成. 中国科学:信息科学. 2016(08)
[2]用于近程被动成像的3mm波准光介质透镜天线设计[J]. 陈其科,樊勇,张永鸿,宋开军. 电子科技大学学报. 2016(02)
[3]涂层隐身目标毫米波辐射传递特性研究[J]. 聂建英,李兴国,娄国伟. 电波科学学报. 2012(04)
[4]被动毫米波焦面阵成像技术[J]. 王楠楠,邱景辉,张鹏宇,邓维波. 红外与毫米波学报. 2011(05)
[5]被动毫米波成像系统的发展状况及其关键技术[J]. 宋崧,王学田,邓甲昊. 科技导报. 2011(19)
[6]Ka频段介质棒天线优化设计[J]. 王楠楠,邱景辉,李高飞,邓维波. 电波科学学报. 2010(01)
[7]隐匿物品探测毫米波成像系统发展现状[J]. 王楠楠,邱景辉,邓维波. 红外技术. 2009(03)
博士论文
[1]W波段焦平面阵列被动成像前端关键技术研究[D]. 陈其科.电子科技大学 2016
[2]新型便携式8mm被动焦平面成像系统关键技术研究[D]. 王文.北京理工大学 2015
[3]基于人工电磁材料的高增益定向天线研究[D]. 陈雷.西安电子科技大学 2015
[4]毫米波对人体隐匿物品辐射成像研究[D]. 肖泽龙.南京理工大学 2007
硕士论文
[1]基于基片集成波导结构的带通滤波器小型化设计[D]. 张彤彤.重庆邮电大学 2019
[2]基于焦距捷变的被动毫米波成像系统[D]. 马翰驰.哈尔滨工业大学 2018
[3]W波段被动成像介质透镜天线研究[D]. 周景石.电子科技大学 2016
[4]毫米波主动探测成像系统前端设计[D]. 朱龙.西安电子科技大学 2014
[5]毫米波成像天线研究[D]. 王楠楠.哈尔滨工业大学 2007
[6]被动毫米波成像探测技术研究[D]. 袁龙.西南交通大学 2006
[7]被动毫米波成像技术研究[D]. 夏春华.南京理工大学 2004
本文编号：3228146
【文章来源】：重庆邮电大学重庆市
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
美国NGC公司研发的W波段被动成像系统
重庆邮电大学硕士学位论文第1章绪论4同样是用于人体隐匿物检测，日本东北大学研制了一款工作于77GHz的焦平面被动毫米波成像系统，其光学示意图及实物图如图1.3所示[18,19]。系统焦平面接收阵列由水平方向25个天线及辐射计单元组成，通过垂直扫描覆盖整个视场范围，馈源采用对跖费米天线(AntipodalFermiAntenna,AFA)。该系统具有较高的空间分辨率，能有效探测出人体衣物下隐藏的金属及爆炸物等危险物品，其成像效果如图1.4所示。图1.3日本东北大学研制的77GHz被动成像系统图1.4人体内携带隐蔽物品成像效果国内对毫米波相关技术的研究起步较晚，国外很多研究机构已经从毫米波频段向亚毫米波、THz等更高频段发展，在毫米波频段的成像系统有些已进入实用阶段。而由于毫米波技术工业基础较为薄弱，特别是国内毫米波器件以及MMIC技术相对落后，导致国内毫米波成像技术发展较为缓慢。国内对PMMW成像研究主要集中在各大高校，包括南京理工大学、北京理工大学、哈尔滨工业大学以及电子科技大学等。
重庆邮电大学硕士学位论文第1章绪论52007年，南京理工大学的学者肖泽龙等人对W波段的人体辐射成像系统进行了研究[20]，该团队采用双馈源的卡塞格伦天线作为聚焦天线，并进行了人体成像实验，但系统分辨率较低。2011年，哈尔滨工业大学邱景辉教授所在的团队开展了对8mm波段被动毫米波成像系统的研究并取得了较好的成果[21,22]。他们采用介质棒天线作为系统馈源天线，聚焦天线使用口径为550mm的双曲介质透镜，为了满足采样密度，其焦平面接收阵列采用2×10个单元进行交错排列。该系统工作于35GHz，具有较高的空间分辨率，在人体隐蔽物探测方面取得了较好的成果，其系统结构图与成像效果如图1.5所示。(a)系统实物(b)成像结果图1.5哈工大8mm被动毫米波成像系统2016年，电子科技大学的学者陈其科等人研发了一套3mm波段被动成像系统，该系统工作于89GHz，焦平面阵列由水平方向24个辐射计接收通道组成，通过垂直扫描进行成像[23,24]。接收通路由喇叭天线与W波段直接检波辐射计构成，聚焦天线采用口径为430mm的非球面介质透镜，其最佳聚焦位置距天线表面约3500mm。该系统能实现水平方向13.5°，垂直方向36°的视场覆盖，实现了较高的空间分辨率，其系统结构与成像结果如图1.6所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]毫米波与太赫兹技术[J]. 洪伟,余超,陈继新,郝张成. 中国科学:信息科学. 2016(08)
[2]用于近程被动成像的3mm波准光介质透镜天线设计[J]. 陈其科,樊勇,张永鸿,宋开军. 电子科技大学学报. 2016(02)
[3]涂层隐身目标毫米波辐射传递特性研究[J]. 聂建英,李兴国,娄国伟. 电波科学学报. 2012(04)
[4]被动毫米波焦面阵成像技术[J]. 王楠楠,邱景辉,张鹏宇,邓维波. 红外与毫米波学报. 2011(05)
[5]被动毫米波成像系统的发展状况及其关键技术[J]. 宋崧,王学田,邓甲昊. 科技导报. 2011(19)
[6]Ka频段介质棒天线优化设计[J]. 王楠楠,邱景辉,李高飞,邓维波. 电波科学学报. 2010(01)
[7]隐匿物品探测毫米波成像系统发展现状[J]. 王楠楠,邱景辉,邓维波. 红外技术. 2009(03)
博士论文
[1]W波段焦平面阵列被动成像前端关键技术研究[D]. 陈其科.电子科技大学 2016
[2]新型便携式8mm被动焦平面成像系统关键技术研究[D]. 王文.北京理工大学 2015
[3]基于人工电磁材料的高增益定向天线研究[D]. 陈雷.西安电子科技大学 2015
[4]毫米波对人体隐匿物品辐射成像研究[D]. 肖泽龙.南京理工大学 2007
硕士论文
[1]基于基片集成波导结构的带通滤波器小型化设计[D]. 张彤彤.重庆邮电大学 2019
[2]基于焦距捷变的被动毫米波成像系统[D]. 马翰驰.哈尔滨工业大学 2018
[3]W波段被动成像介质透镜天线研究[D]. 周景石.电子科技大学 2016
[4]毫米波主动探测成像系统前端设计[D]. 朱龙.西安电子科技大学 2014
[5]毫米波成像天线研究[D]. 王楠楠.哈尔滨工业大学 2007
[6]被动毫米波成像探测技术研究[D]. 袁龙.西南交通大学 2006
[7]被动毫米波成像技术研究[D]. 夏春华.南京理工大学 2004
本文编号：3228146
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