一种应用于安检的毫米波SAR天线系统的制作方法

本实用新型属于有源微波技术领域，尤其涉及一种应用于安检的毫米波SAR 天线系统。

背景技术：

安全检查事关个人和公众的人身安全，在日常生活动经常会遇到，如机场、火车站、政府机关大楼等地方。

目前，我们最常见到的是X光安检仪，其应用范围最广，是根据X射线能穿透木材、纸板、皮革等不透明物体，且每种物体对X射线的吸收程度不同的特征来实现的，通过在显示器上的不同颜色来代表不同的物体。X光也叫X线，是一种波长很短的电磁波，是一种光子，一般X光安检仪中的电磁波波长为 0.08～0.31埃，其波长很短，用来对人体或其他物品进行安全检查，但是，通过X 光扫描后所形成的图像分辨率较低，图片不清晰，有可能造成误判或检查错误等情况，而且，由于图片不清晰，安检人员需要花费较长时间和精力去辨清图像，也变向的增加了安检的时间，进而影响安检效率。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种应用于安检的毫米波SAR天线系统，以发射和接收毫米波来形成安检成像，使安检形成的图像更加清晰，提升安检效率。

本实用新型采用以下技术方案：一种应用于安检的毫米波SAR天线系统，包括开关矩阵控制单元，开关矩阵控制单元分别连接有通讯接口、发射天线开关矩阵的控制接口和接收天线开关矩阵的控制接口，发射天线开关矩阵的射频接口分别连接有发射喇叭天线阵列和发射接口，接收天线开关矩阵的射频接口分别连接有接收喇叭天线阵列和接收接口；

开关矩阵控制单元用于根据通过通讯接口接收的控制指令调节发射天线开关矩阵和接收天线开关矩阵的开关状态；发射天线开关矩阵用于将通过发射接口接收的射频信号通过发射喇叭天线阵列发射出去；接收天线开关矩阵用于将通过接收喇叭天线阵列接收的回波射频信号通过接收接口发送至外部上位机。

进一步的，发射天线开关矩阵由一级发射开关、二级发射开关和末级发射开关组成，一级发射开关为一只单刀六掷发射开关，二级发射开关为六只单刀四掷发射开关，末级发射开关为二十四只单刀四掷发射开关；

接收天线开关矩阵由一级接收开关、二级接收开关和末级接收开关组成，一级接收开关为一只单刀六掷接收开关，二级接收开关为六只单刀四掷接收开关，末级接收开关为二十四只单刀四掷接收开关。

进一步的，发射喇叭天线阵列由九十六只发射喇叭天线单元组成，接收喇叭天线阵列由九十六只接收喇叭天线单元组成。

进一步的，还包括安装框架，开关矩阵控制单元、发射天线开关矩阵、接收天线开关矩阵、发射喇叭天线阵列、接收喇叭天线阵列均安装在安装框架上，安装框架安装于壳体内部。

进一步的，发射接口、接收接口和通讯接口均设置于壳体上，壳体上还设置有电源接口和同步脉冲接口；壳体的同一侧面上还设置有两个把手。

进一步的，开关矩阵控制单元为FPGA控制板卡。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过发射喇叭天线阵列和接收喇叭天线阵列实现毫米波的发射和接收，射频信号依次在每个喇叭天线单元中进行切换，进而形成宽范围检测空间，配合接收机生成三维全息立体检测图像，可以对危险可疑物精准识别，提升安检效率；还通过开关控制单元控制三级开关动作，在各个通道中自由切换，使切换时间≤100ns，使安检效率得到进一步提升。

【附图说明】

图1为本实用新型一种应用于安检的毫米波SAR天线系统的原理框图；

图2为本实用新型实施例中发射喇叭天线阵列及发射开关矩阵的原理图；

图3为本实用新型实施例中接收喇叭天线阵列及接收开关矩阵的原理图；

图4为本实用新型实施例中一种应用于安检的毫米波SAR天线系统的俯视结构示意图；

图5为本实用新型实施例中一种应用于安检的毫米波SAR天线系统的左视结构示意图；

图6为图5的局部放大图；

图7为本实用新型实施例中一种应用于安检的毫米波SAR天线系统的右视结构示意图；

图8为本实用新型实施例中一种应用于安检的毫米波SAR天线系统的内部结构示意图；

图9为本实用新型实施例中一种应用于安检的毫米波SAR天线系统另一视角的内部结构示意图。

其中：1.发射喇叭天线阵列；2.接收喇叭天线阵列；3.发射天线开关矩阵；4. 接收天线开关矩阵；5.开关矩阵控制单元；6.电源；7.安装框架；8.壳体；9.把手； 10.发射接口；11.接收接口；12.电源接口；13.通讯接口；14.同步脉冲接口。

【具体实施方式】

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型公开了一种应用于安检的毫米波SAR天线系统，如图1所示，包括开关矩阵控制单元5，开关矩阵控制单元5为FPGA控制板卡，其响应速度快，为纳秒级，其由硬件板卡及软件组成，将用户的上位机控制指令转换为标准的TTL电平，控制各开关模块进行切换。

开关矩阵控制单元5分别连接有通讯接口13、发射天线开关矩阵3的控制接口和接收天线开关矩阵4的控制接口，其用于根据通讯接口13的控制指令调节发射天线开关矩阵3和接收天线开关矩阵4的开关状态，以使射频信号通过不同的喇叭天线单元依次发射出去。

发射天线开关矩阵3的射频接口分别连接有发射喇叭天线阵列1和发射接口 10，其用于将通过发射接口10接收的射频信号通过发射喇叭天线阵列1发射出去。

接收天线开关矩阵4的射频接口分别连接有接收喇叭天线阵列2和接收接口 11，其用于将通过接收喇叭天线阵列2接收的回波射频信号通过接收接口11发送至外部上位机。

由于发射天线开关矩阵3、接收天线开关矩阵4和开关矩阵控制单元5均需要供电，因此电源6是非常必要的，如图9所示，外部电源通过电源接口12进入到系统中的电源6内，电源6再为各部件供电。

如图5、图6所示，发射接口10、接收接口11、电源接口12和通讯接口13 均设置于壳体8上，方便与外部设备的连接，同时壳体上还设置有同步脉冲接口 14，该同步脉冲接口14用于使开关矩阵控制单元5与上位机的信号同步。

如图4所示，壳体8的同一侧面上还设置有两个把手9，可以使该系统的搬运安全性更高。

如图2所示，发射天线开关矩阵3由一级发射开关、二级发射开关和末级发射开关组成，一级发射开关为一只单刀六掷发射开关，二级发射开关为六只单刀四掷发射开关，末级发射开关为二十四只单刀四掷发射开关，上述各个开关之间由连接波导连接，以保证信号传输的快捷性。

如图3所示，接收天线开关矩阵4由一级接收开关、二级接收开关和末级接收开关组成，一级接收开关为一只单刀六掷接收开关，二级接收开关为六只单刀四掷接收开关，末级接收开关为二十四只单刀四掷接收开关，上述各个开关之间由连接波导连接，以保证信号传输的快捷性。

为了提高效率，以上发射开关和接收开关均采用PIN开关，其响应速度为纳秒级，配合纳秒级的FPGA控制板卡，可以实现快速响应，提升整个系统的反应速度。

单刀六掷发射/接收开关(1级)、单刀四掷发射/接收开关(2级)、单刀四掷发射/接收开关(末级)及喇叭天线单元射频接口均为标准BJ320接口，各种开关之间采用波导馈线连接，各个波导馈线通过螺钉进行连接。单刀四掷开关(末级)和喇叭天线单元之间直接采用螺钉进行连接。各种开关的供电接口为穿心电容，通过导线与电源6进行连接，以保证供电正常。各种开关的控制接口为穿心电容，通过导线与开关矩阵控制单元5连接，以确保控制信号能正常通信。

发射喇叭天线阵列1由九十六只发射喇叭天线单元组成(各个发射喇叭天线单元之间通过连接波导连接)，接收喇叭天线阵列2由九十六只接收喇叭天线单元组成(各个发射喇叭天线单元之间通过连接波导连接)。

发射喇叭天线阵列1及发射天线开关矩阵3、接收喇叭天线阵列2及接收天线开关矩阵4通过馈线及螺钉连接好后装入安装框架7内，如图8所示，通过螺钉紧固后，将开关矩阵控制单元5和电源6通过螺钉安装到安装框架7内，控制信号及电源信号通过导线连接到各级开关模块及控制单元上，然后四周安装上壳体8，用导线连接控制及电源接口，用射频电缆连接发射/接收射频接口，连接无误后，用螺钉紧固壳体。

本实用新型一种应用于安检的毫米波SAR天线系统的原理为：发射部分的工作原理为将用户发射机的信号通过三级开关分为96个独立通道，然后依次通过96个天线辐射出去。接收部分的工作原理为将空间信号通过96个接收天线接收，在经过三级开关依次将96个通道的信号输出给用户，每个通道均独立可控制，各通道之间有一定的隔离度。各级开关通过控制单元5进行控制。控制速度为纳秒级。

本实用新型的工作过程为：

将本系统竖直放置，如图7所示，使发射喇叭天线阵列1和接收喇叭天线阵列2均竖直排列，这样可以提升检测高度。射频信号通过发射接口10进入发射天线开关矩阵3后，在开关矩阵控制单元5的控制下，依次经过96条传输路径后发射出去，或从上至下依次发射，或从下至上依次发射，形成扫描信号，以实现对人体或物品的安检扫描；

射频信号经过物品或人体后反射回来，在开关矩阵控制单元5的控制下，依次从96个接收喇叭天线单元经96条传输路径传输，或从上至下依次接收，或从下至上依次接收，形成扫描信号，返回给上位机，上位机进行处理构形成扫描图像。

每级开关均通过开关矩阵控制单元5控制，外部用户指令通过通信接口13 传输到开关矩阵控制单元5，再通过开关矩阵控制单元5将控制指令转化后输出给每一级开关，控制开关动作，实现96个通道自由切换，切换时间为小于等于 100ns。

本实用新型一种应用于安检的毫米波SAR天线系统，包括射频单元和控制单元，实现了安检毫米波SAR无线系统的工作频带宽、插入损耗小、响应速度快、控制简单方便等功能，集众多优点于一身。识别准确、安检速度快，该毫米波SAR天线系统可以对人体衣物掩盖下的枪支、刀具、炸药、现金、文件、光盘、液体、毒品、化石、文物、陶瓷、塑料、半导体芯片等金属及非金属物品呈现三维高分辨率检测图像，并自动标识危险可疑物品位置，成为在尊重人体隐私和保证人体健康前提下最具发展潜力和市场应用规模的人体安检系统。