一种应用于太赫兹成像系统的对角喇叭天线阵列的制作方法

本发明涉及一种应用于太赫兹成像系统的对角喇叭天线阵列。

背景技术：

近些年来，国内外公共场所受到的安全威胁不断增加，公共安全问题备受关注。传统的光学、红外、X射线以及金属探测的安检系统不能检测一些潜在的隐匿物品，尤其是一些非金属武器等，因此对于人体及随带物品的安检问题亟需解决。随着成像技术的快速发展，国际安检系统的检测性能取得了突破性进展，该系统工作频段主要在毫米波及太赫兹波段范围内。

毫米波（MMW）与低频率的太赫兹（THz）波波长较长，具有更强的穿透能力与绕射能力，并且可以提供较高的分辨率，可以穿透人体衣物，检测出隐匿的金属/非金属武器、液体爆炸物、生物/化学违禁物等危险物品。在MMW与THz波成像系统中主要分为主动成像系统和被动成像系统，主动成像系统需要辐射源，一般具有较高的动态探测范围且能够实现3D成像，但辐射源对人体辐射作用以及涉及个人隐私问题，使得主动成像系统不能被人们很好的接受。被动成像系统不需要发射源，依靠人体及其他物品向外辐射电磁波，而由于不同的物体与人体的辐射温度的对比度不同，通过探测器来探测不同物体的电磁辐射，进行处理分析得到图像。相比于主动成像系统，被动成像系统设计较为复杂，灵敏度相对较低，但是其不存在辐射源，具有隐蔽和清洁的特点，成像不存在闪烁效应，不易受极化和边缘散射的影响，并且隐匿物体容易被无源成像方式探测到。因此，近几年，该领域的国内外研究学者深入研究快速、高空间分辨率的被动安检成像技术，并取得了一定的进展。英国的Thruvision，美国的Millitech,Brijot, Millisision,Trex Enterprise，日本的NEC等公司在被动安检成像方面已经取得一定的研究成果，国内诸如中电38所，首都师范大学以及航天一些科研院所在被动安检成像的研究中也取得了很大的进步。然而，目前可实际应用于海关、机场、地铁安检等公共场所的被动THz/MMW成像安检设备还存在成像时间较长、空间分辨率低、成本高等问题，导致技术研究产品化发展缓慢。

对角喇叭天线阵列是目前THz/MMW成像安检设备常用的一种馈源结构，其主要目的是提高成像速度。英国的Thruvision和美国的Brijot的对角喇叭天线结构类似，利用8点馈源纵向排布实现多点并行接收。

技术实现要素：

本发明的目的是提出一种应用于太赫兹成像系统的对角喇叭天线阵列。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种应用于太赫兹成像系统的对角喇叭天线阵列，包括对角喇叭天线，其中，所述对角喇叭天线有9个，9个对角喇叭天线分三排，每排3个、列向交错排列设置在一个平板上，9个对角喇叭天线与功分器连接，所述功分器为9波导结构，所述9波导结构与所述9个对角喇叭天线相对应分为三组波导，每一组波导有三个波导输入接口和三个波导输出接口，三组波导的9个波导输入接口与三排9个对角喇叭天线顺序排列相同垂直于平板端面直线连接在对角喇叭天线的输出接口上。

方案进一步是：所述功分器设置有波导损耗引导输出结构，所述波导损耗引导输出结构是：将所述三组波导中每一组波导的三个相邻波导输入接口和对应的三个相邻波导输出接口分别顺序为第一波导输入接口、第二波导输入接口和第三波导输入接口以及第一波导输出接口、第二波导输出接口和第三波导输出接口，其中，第一波导输入接口和第二波导输入接口波导连接后再与第三波导输入接口波导连接，然后三组波导输入接口相互波导连接；第一波导输出接口和第二波导输出接口波导连接后再与第三波导输入出接口波导连接，然后三组波导输出接口相互波导连接；将三组波导输入接口相互波导连接端和三组波导输出接口相互波导连接端进行波导连接后作为功分器波导损耗引导输出端。

方案进一步是：所述对角喇叭天线的喇叭内口径是12.8mm×14.6mm的矩形喇叭口，所述波导的输入接口和所述对角喇叭天线的输出接口是标准W频段波导口。

方案进一步是：所述每排3个对角喇叭天线之间的间距是35mm，排与排之间的垂直距离是35mm。

方案进一步是：所述对角喇叭天线和功分器被安装固定在一个支架上，所述支架是由相互垂直设置的两个平板组成的“L”型直角架，所述对角喇叭天线固定在一个平板上，所述功分器固定在另一个平板上。

本发明的有益效果是：本发明改善了太赫兹波段近距离被动安检成像系统在高分辨率条件下，成像时间较长的缺点可广泛应用于各类快速近场或远场太赫兹成像系统中。

下面结合附图和实施例对发明作一详细描述。

附图说明

图1 为本发明结构示意图；

图2为本发明功分器波导结构示意图。

具体实施方式

一种应用于太赫兹成像系统的对角喇叭天线阵列，如图1和图2所示，所述天线阵列包括对角喇叭天线1，其中，所述对角喇叭天线有9个，9个对角喇叭天线分三排，每排3个、列向交错排列设置在一个平板2上，9个对角喇叭天线与功分器3连接，所述功分器为9波导结构，所述9波导结构与所述9个对角喇叭天线相对应分为三组波导，每一组波导有三个波导输入接口301和三个波导输出接口302，三组波导的9个输入接口与三排9个对角喇叭天线顺序排列相同垂直于平板端面直线连接在对角喇叭天线的输出接口上。

实施例中：所述功分器设置有波导损耗引导输出结构，所述波导损耗引导输出结构是：将所述三组波导中每一组波导的三个相邻波导输入接口和对应的三个相邻波导输出接口分别顺序为第一波导输入接口301-1、第二波导输入接口301-2和第三波导输入接口301-3以及第一波导输出接口302-1、第二波导输出接口302-2和第三波导输出接口302-3，由于功分器内部存在单独损耗波导传输结构，因此：其中，第一波导输入接口和第二波导输入接口连接后再与第三波导输入接口连接，然后三组波导输入接口相互波导连接；第一波导输出接口302-1和第二波导输出接口302-2波导连接后再与第三波导输入出接口302-3波导连接，然后三组波导输出接口相互波导连接；将三组波导输入接口相互波导连接端和三组波导输出接口相互波导连接端进行波导连接后作为功分器波导损耗引导输出端303。每组波导之间以及各组内部3个波导相互独立、并行工作。各输入端和输出端301和302针对不同馈源天线所接收到不同信号强度差异，通过功分器内部各相应损耗波导结构的不同弥补，多余损耗通过303输出。

实施例中：所述对角喇叭天线的喇叭内口径是12.8mm×14.6mm的矩形喇叭口，所述波导的输入接口和所述对角喇叭天线的输出接口是标准W频段波导口。其中：所述每排3个对角喇叭天线之间的间距是35mm，排与排之间的垂直距离是35mm。

实施例中：所述对角喇叭天线和功分器被安装固定在一个支架上，所述支架是由相互垂直设置的两个平板组成的“L”型直角支架，所述对角喇叭天线固定在一个平板2上，所述功分器固定在另一个平板4上。

实施例中的对角喇叭天线馈源阵列采用3×3交错排布，馈源间距定为35mm，不存在空间漏采样率，可以保持很高的采样速度，进而提高成像速度。基于设计的近距离较大区域高分辨率的扫描速度及馈源束腰，根据高斯光束的传播规律，将单个馈源的内口径定为12.8 mm ×14.6mm，这样可以使得所接受高斯光束束腰处能量基本全被接收，对于提高成像系统增益起到很大的作用。所述各喇叭尺寸为：单喇叭天线内径12.8mm×14.6mm，各喇叭间距为35mm。各行对角喇叭天线线阵间的间距同样为35mm。从上至下（以第二行作为基准），第一行相对于第二行喇叭线阵向左水平位移35/3mm；第三行相对于第二行向左水平位移79/3mm。喇叭天线波导口为标准W频段波导口。各喇叭天线都与功分器对应波导输入端垂直连接。

该结构的优点是可以并行接收光信息，减小空间采样漏检率；缺点是由于制备工艺限制和前端天线焦平面形状，该结构天线阵列各喇叭馈源天线之间的接收增益差别较大。该问题由9波导功分器负责解决。实施例中的1分9功分器，如图2所示，的引入解决了天线阵列不同馈源间的增益不一致的问题，在一定程度上减少了不同通道电磁串扰的问题，提高了天线系统的增益稳定性。在与接收机性能（主要是接收机的积分时间）匹配的条件下，该天线系统将近距离被动安检成像时间限制在1秒以内，此高分辨率快速成像的特性可应用于毫米波/太赫兹波段安检成像设备中，可以对藏在人体衣物中的一些非金属武器等一些违禁品进行有效的检测成像。关于在成像过程中出现的焦斑畸变问题，在图像的恢复处理通过一些算法可以进行校正。该系统通过馈源天线阵列与功分器的协同使用实现高分辨率低损耗传输成像，这对于被动安检系统至关重要。实施例中的所述L型支架的长、宽、高分别是15mm、15mm、15mm，用于固定对角喇叭天线阵列和功分器。

9波导功分器为特殊结构波导功分器（如图2所示），通过波导结构改变不同馈源通道最终被探测器接收的信号增益情况，保证不同通道增益一致。功分器材质与对角喇叭相同。功分器信号输入端与3×3馈源天线阵列波导口直接连接。各传输波导传输损耗与对应喇叭天线接收增益相结合，实现3×3馈源接收天线阵列实际传输到接收机空间接收信号的一致性。功分器输入端和输出端波导口都为标准W波段波导口。功分器通过针对不同通道引入损耗用于天线阵列增益的一致性，各通道波导结构引入损耗为6-9dB；各波导输出端信号增益整体控制在15-20dB，功分器输出端与接收机相连。功分器输出光信息最终被接收机接收，并转化为电信号，进行放大和处理。功分器输出光信息共9路，每一路光信息由一个独立接收机接收、处理。因此整个接收机系统由9个独立子接收机构成，并行接收、处理信号。