专利名称：一种用于全息成像安检系统的毫米波收发�？榈闹谱鞣椒�
技术领域：
本发明提供一种用于全息成像安检系统的毫米波收发�？椋饕婕鞍布旒际趿� 域，尤其涉及机场安检技术和全息成像技术领域。
背景技术：
现有毫米波全息成像安检系统现在通行的毫米波全息成像安检系统，主要基于美国西北太平洋国家实验室 (PNNL)的David M. Sheen和Douglas L. McMakin等学者多年的毫米波全息成像技术研究 基�。擅拦鶯-3通信控股公司制造，现已在美国部分敏感机场投入部分使用。毫米波全息 成像安检系统具有宽带、实时、三维全息的技术特征，在机场安检的应用中能够穿透人体衣 物，对人体隐匿物品包括枪支、刀具、炸药等危险品进行检测与识别，发射的毫米波对人体 无害，因而体现了安全、快速、检测率高的特点，成为现行金属安检门、X光安检仪等安检手 段的良好补充。gf■肩、成膽法毫米波全息成像算法，最早是基于微波/毫米波合成孔径雷达(SAI )技术原理，在 较为成熟的光学全息和超声全息成像的算法基础上发展而来。毫米波全息成像系统，通过 电子或机械扫描，或二者结合的方式，获得二维成像场景X-Y平面上目标散射信号的幅度 和相位信息，从而恢复出图像。同时，成像系统收发前端通过天线，向检测目标发射的是宽 带毫米波信号，在宽带频率范围内的不同频率点顺序地接收(测量)目标的散射信号，比一 般二维成像方式多了一维多频率采样点上的目标散射信息，通过一定的毫米波全息成像算 法，其所成毫米波图像，不仅体现成像X-Y平面的二维信息，而且多了一维成像平面的深度 信息Z，因而称其为毫米波全息成像。毫米波全息成像系统的成像前端一般采取自差或外差的形式进行混频，输出体现 目标特征、包含散射信号幅度和相位信息的中频信号。为进行全息成像算法处理，中频信号 必须分成相位差为90°的同相(I)和正交(Q)两路信号，以进行目标散射复数信号的恢复， 如式(1)所示。信号处理单元采集前端输出的I和Q两路信号。I+jQ = Ae"J2kE(l)式中A是目标反射信号的幅度信息，R是目标反射信号的距离信息，k为波数。采集I/Q信号后进行一定的信号处理及三维的逆傅立叶变换
权利要求
1.一种用于全息成像安检系统的毫米波收发�？椋涮卣髟谟诎╝)工作于毫米波频段毫米波射频收发前端(1) ；b)工作于毫米波频段毫米波收发开关 树阵列O)；和c)工作于毫米波频段毫米波收发天线阵列(3)；所述的毫米波收发开关树 阵列( 前后分别连接毫米波射频收发前端(1)和毫米波收发天线阵列(3)。
2.按权利要求1所述的收发�？椋涮卣髟谟谒龅暮撩撞ㄊ辗⒛？橥ü撩撞ㄉ淦� 收发前端(1)中的毫米波VCO(Il)产生宽带、高相位稳定度和高频率稳定度的毫米波信号， 经毫米波收发开关树阵列中的发射开关树的电子切换，进入毫米波收发天线阵列中 的发射天线阵列(31)，向观测目标顺序发射毫米波；毫米波收发天线阵列中的接收天线阵 列(32)经毫米波收发天线阵列中的接收开关树02)的电子切换后，毫米波射频收发前端 接收目标后向散射回来的毫米波，进入毫米波射频前端(1)。
3.按权利要求1所述收发�？椋涮卣髟谟谒龊撩撞ㄉ淦凳辗⑶岸�(1)a)采用微波/毫米波集成电路技术，产生宽带、高相位稳定度、高线性度的毫米波信号；b)采用倍频、锁相技术来实现毫米波压控振荡器VCO(Il)的宽带、高相位稳定度、高线 性度的要求；c)采用自差或外差的方式，与接收到的射频信号在毫米波频段直接进行混频。
4.按权利要求1或3所述的收发�？椋涮卣髟谟谒龅暮撩撞ㄉ淦凳辗⑶岸�(1)使 采用本振信号与接收到的RF信号在正交混频器(1 中进行正交混频，输出全息成像算法 所需的，包含目标后向散射信号幅度及相位信息的同相位信号1(14)和正交信号Q(15)。
5.根据权利要求1所述的收发�？椋涮卣髟谟谒龅暮撩撞ㄊ辗⒖厥髡罅�(2)是 采用MMIC技术制作，开关树所控制的通道数目与毫米波收发天线阵列(3)中的数目相对 应；与射频收发前端(1)的连接为同轴连接或微带连接，与毫米波收发天线阵列C3)的连接 为同轴连接或微带连接。
6.按权利要求5所述的收发�？椋涮卣髟谟谕辔恍藕臝和正交信号Q之间存在 90°的相位差。
7.按权利要求1或3所述的收发�？椋涮卣髟谟谏淦凳辗⑶岸耸怯煞⑸浜徒邮�2个 支路集成①发射支路将VCO振荡产生的毫米波通过发射开关树、发射天线阵列向成像场景发 射；采用2. 5 5GHz的VC0，经3次2倍频的方式，经锁相环电路，产生31 36GHz的高稳、 宽带毫米波信号；②接收支路工作于毫米波频率的低噪声放大器LNA将接收到的成像场景的散射毫米 波进行低噪声放大后，进入正交混频器，与毫米波源自差进入正交混频器的毫米波信号进 行自差正交混频，输出含有成像场景幅度和相位信息的同相位信号I和正交信号Q。
8.按权利要求1所述的收发�？椋涮卣髟谟赼)所述的毫米波收发开关树分成发射开关树和接收开关树(22)，每一支路均 分为2级，发射开关树由第1级的1个单刀八掷开关SP8W211)与第二级的8个 SP8T(212)组成；接收开关树02)由第1级的1个SP8W221)与第二级的8个SP8T(222) 组成；开关由TTL电平驱动，切换速度在微秒量级，以达到电子扫描的速率和功能；b)所述的毫米波收发天线阵列分成发射天线阵列(31)和接收天线阵列(32)，发射天线阵列(31)和接收天线阵列(32)均由64元直线渐变式缝隙微带天线LTSA组成，为电路 集成，将每8元LTSA在1块电路板上集成制作，作为1个天线子阵列(311)，使发射天线阵 列(31)和接收天线阵列(32)各自由8个天线子阵列(311)组成；c)所述的毫米波收发开关树(2)与毫米波天线阵(3)电子切换的逻辑关系是通过 TTL控制信号，控制毫米波开关树O)导通毫米波天线阵(3)的发射天线阵列(31)中的第 1个LTSA，向外发射毫米波，同时，TTL控制信号控制毫米波开关树( 顺序导通毫米波天 线阵(3)的接收天线阵列(32)的第1个和第2个LTSA，实现单天线发射，相邻双天线接收 的功能；依次类推。
9.按权利要求1、4或7所述的收发�？榈挠τ茫涮卣髟谟诘蹦？樗承蚴涑霭上� 场景后向散射毫米波信号的幅度和相位信息的I/Q信号后，信号处理单元采集�？槭涑龅� I和Q两路信号，两路信号相差90°，同相位信号 I -.S1=KA0 COSCp0( 1)正交信号 灼(2)式中，Atl为幅度，为相位，I/Q信号分别代表复数信号的实部和虚部，如(3)式所示， I+jQ = A0e-J2kE(3)成像系统的信号采集�？椴杉痉⒚鞯暮撩撞ㄊ辗⒛？槭涑龅腎/Q信号后，进行式 (4)所示的信号处理及三维的逆傅立叶变换，/(χ,兄 z) = FT3^ [FTw {s{x, y, “⑷2-神1 ](4)进行全息图像恢复以供安检用。
全文摘要
本发明提出一种用于全息成像安检系统的毫米波收发模块，包括毫米波射频收发前端1、毫米波收发开关树2以及毫米波收发天线阵列3。毫米波射频发射前端通过发射开关树的快速电子切换，经毫米波发射天线阵列，顺序向被检目标发射毫米波信号；目标反射的散射毫米波信号，经毫米波接收天线阵列接收后，通过接收开关树的电子切换，顺序进入毫米波射频接收前端。该�？榈氖涑鲂藕沤斜匾那爸梅糯蠛褪植裳砗螅ü撩撞ㄈ⑺惴ㄔ怂悖苫指闯瞿勘甑暮撩撞ㄈ⑼枷褚怨┌布煊τ谩８媚？槿低车テ桑阅芪榷�、一致性好，并具有低成本、易于大规模生产及小体积(轻载荷)的产品化优势。
文档编号G01V3/12GK102135629SQ20101059864
公开日2011年7月27日 申请日期2010年12月21日 优先权日2010年12月21日
发明者关�：�, 刘传全, 孙晓玮, 孙浩, 时翔, 李凌云, 李江夏, 钱蓉, 陈敏华 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所
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