太赫兹成像系统前端技术
发布时间：2022-01-10 19:54
太赫兹波泛指频率在100GHz到10THz之间的电磁波,又称为亚毫米波或者远红外光。其电磁频谱处于传统电子学向光子学的过渡区,因此具有频带宽、量子能量低、透射性好等优点。太赫兹技术在高速通信、生物医疗、射电天文、空间探测、安全检测等领域具有广泛的应用前景。在众多应用中,成像技术一直是太赫兹科学领域的前沿课题和研究热点,受到了各国政府和科研机构的高度重视。太赫兹成像系统可以实现高分辨率成像、微小目标探测、复杂环境下的目标探测以及隐身目标探测,可用于战场环境侦察、公共场所安全检查、医学疾病诊断、无损探伤等领域。太赫兹成像前端的研究水平,包括高稳定度太赫兹波源和高灵敏度探测器的性能指标,一直是决定太赫兹成像技术发展水平的关键因素。本文基于固态太赫兹技术,从半导体器件机理和建模入手,对太赫兹成像系统中的关键电路（倍频器和混频器）开展深入研究,旨在打破国外的技术垄断,开发出具有自主知识产权的太赫兹肖特基二极管、高性能太赫兹关键电路和太赫兹成像前端,推动太赫兹成像系统的全面国产化。本文主要研究内容包括以下几个方面:（1）太赫兹混频技术。混频器是太赫兹接收机的核心电路,决定了接收机的整体性能。本文自...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：202 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
太赫兹波在不同湿度下的大气衰减特性[13]
电子科技大学博士学位论文microbolometer)[36,37]。随着技术的发展，基于全固态电路的毫米波和太赫兹收发前端和成像系统已经成为新兴的研究热点。2006年，德国埃尔朗根大学报道了基于W波段多通道辐射计的焦平面成像被动成像系统[38]。该系统前端为四通道迪克式辐射计。这种迪克式辐射计可以很大程度上降低增益波动对辐射计的影响，提高四个通道间的均衡度。每个通道前端由单刀单掷开关、W波段低噪声放大器与下变频接收链路组成，如图1-2(a)所示。系统带宽为2GHz，接收前端的噪声温度为1473K。积分时间为40ms时，辐射计的亮温灵敏度为0.39K。成像前端的实物图如图1-2(b)所示，系统对汽车成像的效果图如图1-2(c)所示，最远成像距离可达20m，视场范围不小于±13。(a)(b)(c)图1-2德国埃尔朗根大学报道的W波段多通道焦平面被动成像系统[38]。(a)四通道辐射计结构示意图；(b)成像前端实物图；(c)汽车的成像效果图4
第一章绪论2008年德国高频物理与雷达技术研究所（FHR）报道了基于迪克式辐射计220GHz被动成像系统[39]。系统外形如图1-3(a)所示，包含一个卡塞格伦天线，采用机械扫描方式成像。作为前端的220GHz辐射计如图1-3(b)所示，主要由馈源喇叭天线、三级低噪声放大器和检波器组成。辐射计中心频率为220GHz,系统带宽大于10GHz，噪声温度为2000K，亮温灵敏度为0.45K。该被动成像系统的成像距离为10m，身上隐藏炸弹的人与自行车立于吸波材料前的成像效果图如图1-3(c)所示，实验结果表明该系统具有较好的成像结果。(a)(b)(c)图1-3德国FHR报道的220GHz被动成像系统[39]。(a)系统实物照片；(b)220GHz辐射计外形图；(c)系统成像效果图欧盟第七框架计划于2013-2016年间，开展了“TeraScreen”计划，旨在开发具有自动识别和检测功能的多频段、多模式的太赫兹实时成像系统。2014年，欧洲的专家学者们报道了基于主被动复合成像技术的“TeraScreen”太赫兹成像系统[35],系统原理结构如图1-4所示。被动成像子系统包含94GHz，220GHz，360GHz三个工作频段。多频段被动成像子系统结合了94GHz频段电磁波对衣服的高穿透性和360GHz频段成像系统的高分辨率优势,同时利用不同频段物体不同的反射率和折射率，可以更好体现物体特征[40]。主动成像子系统的工作频率为360GHz，工作5
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于大气再分析资料集的太赫兹传输衰减计算[J]. 杨晓帆,曾勇虎,汪连栋. 太赫兹科学与电子信息学报. 2020(02)
[2]中国被动式太赫兹安检行业发展现状[J]. 安德越,马艳霞,张华坤,何思颖,武帅. 电子世界. 2019(21)
[3]A Survey on Terahertz Communications[J]. Zhi Chen,Xinying Ma,Bo Zhang,Yaxin Zhang,Zhongqian Niu,Ningyuan Kuang,Wenjie Chen,Lingxiang Li,Shaoqian Li. 中国通信. 2019(02)
[4]330 GHz砷化镓单片集成分谐波混频器[J]. 刘戈,张波,张立森,王俊龙,邢东,樊勇. 红外与毫米波学报. 2017(02)
[5]Theoretical and experimental study on broadband terahertz atmospheric transmission characteristics[J]. 郭拾贝,钟凯,王茂榕,刘楚,肖勇,王文鹏,徐德刚,姚建铨. Chinese Physics B. 2017(01)
[6]典型大气窗口太赫兹波传输特性和信道分析[J]. 王玉文,董志伟,李瀚宇,周逊,罗振飞. 物理学报. 2016(13)
[7]平面肖特基二极管的制作[J]. 罗跃川,赵妍,沈昌乐,阎大伟. 太赫兹科学与电子信息学报. 2015(04)
[8]太赫兹技术在军事和安全领域的应用[J]. 赵国忠,申彦春,刘影. 电子测量与仪器学报. 2015(08)
[9]太赫兹技术概述[J]. 张栋文,袁建民. 国防科技. 2015(02)
[10]太赫兹生物医学应用的研究进展[J]. 周俊,刘盛纲. 现代应用物理. 2014(02)
博士论文
[1]视频合成孔径雷达成像算法研究[D]. 左峰.电子科技大学 2020
[2]太赫兹辐射计前端关键技术研究[D]. 刘戈.电子科技大学 2018
[3]太赫兹雷达目标检测与高分辨成像算法研究[D]. 刘通.电子科技大学 2018
[4]视频合成孔径雷达成像理论与关键技术研究[D]. 胡睿智.电子科技大学 2018
[5]太赫兹高分辨雷达系统工作模式和成像算法研究[D]. 杨旭.电子科技大学 2018
[6]固态太赫兹高速无线通信技术[D]. 陈哲.电子科技大学 2017
[7]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
[8]太赫兹雷达成像算法研究[D]. 张彪.电子科技大学 2015
[9]太赫兹雷达系统总体与信号处理方法研究[D]. 李晋.电子科技大学 2010
[10]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]太赫兹成像系统数据传控单元设计及图像分割算法研究[D]. 朱承志.电子科技大学 2020
[2]220GHz太赫兹倍频链路研究[D]. 闵应存.电子科技大学 2017
[3]0.14THz主动成像系统研究[D]. 阎磊.中国工程物理研究院 2016
[4]基于肖特基二极管的太赫兹三倍频技术研究[D]. 陈宁波.电子科技大学 2013
[5]被动式太赫兹图像增强及目标检测算法研究[D]. 张馨.首都师范大学 2013
[6]肖特基二极管相关材料生长及器件研究[D]. 李蓓.浙江大学 2003
本文编号：3581319
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：202 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
太赫兹波在不同湿度下的大气衰减特性[13]
电子科技大学博士学位论文microbolometer)[36,37]。随着技术的发展，基于全固态电路的毫米波和太赫兹收发前端和成像系统已经成为新兴的研究热点。2006年，德国埃尔朗根大学报道了基于W波段多通道辐射计的焦平面成像被动成像系统[38]。该系统前端为四通道迪克式辐射计。这种迪克式辐射计可以很大程度上降低增益波动对辐射计的影响，提高四个通道间的均衡度。每个通道前端由单刀单掷开关、W波段低噪声放大器与下变频接收链路组成，如图1-2(a)所示。系统带宽为2GHz，接收前端的噪声温度为1473K。积分时间为40ms时，辐射计的亮温灵敏度为0.39K。成像前端的实物图如图1-2(b)所示，系统对汽车成像的效果图如图1-2(c)所示，最远成像距离可达20m，视场范围不小于±13。(a)(b)(c)图1-2德国埃尔朗根大学报道的W波段多通道焦平面被动成像系统[38]。(a)四通道辐射计结构示意图；(b)成像前端实物图；(c)汽车的成像效果图4
第一章绪论2008年德国高频物理与雷达技术研究所（FHR）报道了基于迪克式辐射计220GHz被动成像系统[39]。系统外形如图1-3(a)所示，包含一个卡塞格伦天线，采用机械扫描方式成像。作为前端的220GHz辐射计如图1-3(b)所示，主要由馈源喇叭天线、三级低噪声放大器和检波器组成。辐射计中心频率为220GHz,系统带宽大于10GHz，噪声温度为2000K，亮温灵敏度为0.45K。该被动成像系统的成像距离为10m，身上隐藏炸弹的人与自行车立于吸波材料前的成像效果图如图1-3(c)所示，实验结果表明该系统具有较好的成像结果。(a)(b)(c)图1-3德国FHR报道的220GHz被动成像系统[39]。(a)系统实物照片；(b)220GHz辐射计外形图；(c)系统成像效果图欧盟第七框架计划于2013-2016年间，开展了“TeraScreen”计划，旨在开发具有自动识别和检测功能的多频段、多模式的太赫兹实时成像系统。2014年，欧洲的专家学者们报道了基于主被动复合成像技术的“TeraScreen”太赫兹成像系统[35],系统原理结构如图1-4所示。被动成像子系统包含94GHz，220GHz，360GHz三个工作频段。多频段被动成像子系统结合了94GHz频段电磁波对衣服的高穿透性和360GHz频段成像系统的高分辨率优势,同时利用不同频段物体不同的反射率和折射率，可以更好体现物体特征[40]。主动成像子系统的工作频率为360GHz，工作5
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于大气再分析资料集的太赫兹传输衰减计算[J]. 杨晓帆,曾勇虎,汪连栋. 太赫兹科学与电子信息学报. 2020(02)
[2]中国被动式太赫兹安检行业发展现状[J]. 安德越,马艳霞,张华坤,何思颖,武帅. 电子世界. 2019(21)
[3]A Survey on Terahertz Communications[J]. Zhi Chen,Xinying Ma,Bo Zhang,Yaxin Zhang,Zhongqian Niu,Ningyuan Kuang,Wenjie Chen,Lingxiang Li,Shaoqian Li. 中国通信. 2019(02)
[4]330 GHz砷化镓单片集成分谐波混频器[J]. 刘戈,张波,张立森,王俊龙,邢东,樊勇. 红外与毫米波学报. 2017(02)
[5]Theoretical and experimental study on broadband terahertz atmospheric transmission characteristics[J]. 郭拾贝,钟凯,王茂榕,刘楚,肖勇,王文鹏,徐德刚,姚建铨. Chinese Physics B. 2017(01)
[6]典型大气窗口太赫兹波传输特性和信道分析[J]. 王玉文,董志伟,李瀚宇,周逊,罗振飞. 物理学报. 2016(13)
[7]平面肖特基二极管的制作[J]. 罗跃川,赵妍,沈昌乐,阎大伟. 太赫兹科学与电子信息学报. 2015(04)
[8]太赫兹技术在军事和安全领域的应用[J]. 赵国忠,申彦春,刘影. 电子测量与仪器学报. 2015(08)
[9]太赫兹技术概述[J]. 张栋文,袁建民. 国防科技. 2015(02)
[10]太赫兹生物医学应用的研究进展[J]. 周俊,刘盛纲. 现代应用物理. 2014(02)
博士论文
[1]视频合成孔径雷达成像算法研究[D]. 左峰.电子科技大学 2020
[2]太赫兹辐射计前端关键技术研究[D]. 刘戈.电子科技大学 2018
[3]太赫兹雷达目标检测与高分辨成像算法研究[D]. 刘通.电子科技大学 2018
[4]视频合成孔径雷达成像理论与关键技术研究[D]. 胡睿智.电子科技大学 2018
[5]太赫兹高分辨雷达系统工作模式和成像算法研究[D]. 杨旭.电子科技大学 2018
[6]固态太赫兹高速无线通信技术[D]. 陈哲.电子科技大学 2017
[7]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
[8]太赫兹雷达成像算法研究[D]. 张彪.电子科技大学 2015
[9]太赫兹雷达系统总体与信号处理方法研究[D]. 李晋.电子科技大学 2010
[10]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]太赫兹成像系统数据传控单元设计及图像分割算法研究[D]. 朱承志.电子科技大学 2020
[2]220GHz太赫兹倍频链路研究[D]. 闵应存.电子科技大学 2017
[3]0.14THz主动成像系统研究[D]. 阎磊.中国工程物理研究院 2016
[4]基于肖特基二极管的太赫兹三倍频技术研究[D]. 陈宁波.电子科技大学 2013
[5]被动式太赫兹图像增强及目标检测算法研究[D]. 张馨.首都师范大学 2013
[6]肖特基二极管相关材料生长及器件研究[D]. 李蓓.浙江大学 2003
本文编号：3581319
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