主动毫米波成像馈源天线研究

发布时间：2020-03-26 14:34

【摘要】：近年来,毫米波技术发展的如火如荼,利用毫米波可穿透织物的特性,毫米波成像系统可用来探测人体衣物下隐匿的违禁物品,可广泛应用于机场安检和海岸缉私等领域。毫米波成像系统主要分为主动成像系统和被动成像系统两种体制。毫米波主动成像机制与被动毫米波成像不同,需要馈源天线向被测目标辐射电磁波,并接收目标反射回的电磁波,进行图像重构,从而进行安检识别。主动式毫米波成像相比被动式,可以得到更多的被检目标信息,对目标所处环境要求更低,且可实现三维目标成像。而在毫米波成像系统中,馈源天线性能的好坏直接关系到系统的成像分辨率,因此本文围绕主动毫米波成像系统的馈源天线展开研究。为降低馈源天线的复杂度并降低系统成本,课题要求馈源天线要可以与毫米波收发模块或辐射计电路集成在一起,本文在详细分析毫米波成像技术国内外发展现状的基础上,首先针对传统微带贴片阵列天线带宽较窄,天线辐射方向图随频率的变化而变化的缺点,设计了一款易于集成、采用基片集成波导差分馈电的7?8单元的微带贴片平面阵列天线,同时为了降低天线辐射方向图副瓣电平,通过改变贴片单元宽度及设计同相不等幅馈电网络,实现了泰勒幅度分布,最终天线在74.2-81GHz频带内反射系数小于-10dB,且在此频带内天线增益大于20dB,副瓣电平小于-20dB,天线最大辐射方向不随频率的变化而变化。为了更易组成天线阵列,本文还研究了端射天线,设计的加载ZIM(零折射率材料)的Vivaldi天线在60-110GHz的频带内反射系数小于-15dB,而且在此频带内天线增益大于12dB,副瓣电平小于-10dB;此外还研究了费米渐变缝隙天线,此天线长度在与Vivaldi天线一致,宽度更小的情况下,在60-110GHz频带内反射系数小于-10dB,天线增益进一步提高,在该频带内均大于15dB。
【图文】：

NorthropGrumman公司研制W波段被动毫米波成像仪

图 1-2 成像结果对比英国QinetiQ 公司研制的毫米波成像系统采用旋转反射面扫描方式成像如图 1-3 所示，系统工作中心频点为 94GHz，主聚焦元器件口径 800mm，角分辨率 0.29°，，通过旋转反射面实现 20°(H) 10°(V)的成像覆盖范围，系统的最高成像速率可达 25Hz[18]，该系统的成像图 1-4 所示。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN820

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本文编号：2601576