本發(fā)明涉及毫米波成像領(lǐng)域，特別是涉及一種應(yīng)用于毫米波成像系統(tǒng)的電掃陣列天線裝置。

背景技術(shù)：

毫米波具有精度高、對(duì)目標(biāo)的形狀結(jié)構(gòu)敏感、對(duì)金屬目標(biāo)和背景環(huán)境的區(qū)別能力強(qiáng)、能夠穿透等離子體等特征，使得通過(guò)毫米波獲得的圖像分辨率高，對(duì)目標(biāo)的識(shí)別與探測(cè)能力強(qiáng)，正是這些獨(dú)特的性質(zhì)賦予了毫米波技術(shù)的廣泛應(yīng)用前景，尤其是在無(wú)損檢測(cè)和安檢領(lǐng)域。

目前，在基于毫米波成像的安檢領(lǐng)域，主要通過(guò)固定設(shè)置的毫米波陣列天線實(shí)現(xiàn)被測(cè)對(duì)象的檢測(cè)，被測(cè)對(duì)象在輸送設(shè)備的帶動(dòng)下經(jīng)過(guò)該毫米波陣列的掃描區(qū)域?qū)崿F(xiàn)全面掃描，進(jìn)而對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)，該安檢系統(tǒng)的毫米波陣列天線集成了數(shù)量較多的收發(fā)天線，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，且掃描速度慢，使用不靈活。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種應(yīng)用于毫米波成像系統(tǒng)的電掃陣列天線裝置，能夠?qū)Ρ粶y(cè)對(duì)象進(jìn)行快速掃描，無(wú)需被測(cè)對(duì)象相對(duì)于毫米波陣列天線移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)全面掃描，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。

一種應(yīng)用于毫米波成像系統(tǒng)的電掃陣列天線裝置，其特征在于，包括：

可調(diào)光源，用于輸出波長(zhǎng)可調(diào)的光信號(hào)；

電光調(diào)制模塊，用于將毫米波信號(hào)調(diào)制到所述光信號(hào)上得到已調(diào)制信號(hào)；

光耦合器，用于將所述已調(diào)制信號(hào)分成多路信號(hào)；

延時(shí)模塊，用于對(duì)各路已調(diào)制信號(hào)進(jìn)行不同時(shí)長(zhǎng)的光延時(shí)，并根據(jù)所述光信號(hào)的波長(zhǎng)相應(yīng)的改變所述光延時(shí)的時(shí)長(zhǎng)，得到不同相位的已調(diào)制信號(hào)；

光探測(cè)器，用于將所述不同相位的已調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，得到不同相位的毫米波信號(hào)；

陣列天線，用于將所述不同相位的毫米波信號(hào)發(fā)射出去。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述延時(shí)模塊包括多根光纖，每根光纖的輸入端分別連接所述光耦合器的一輸出端，每根光纖的輸出端分別連接一所述光探測(cè)器，各光纖的長(zhǎng)度相同，每根光纖包括色散光纖和單模光纖，各光纖中所述色散光纖的長(zhǎng)度依次增加或減少，長(zhǎng)度差固定。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括連接所述可調(diào)光源的可編程邏輯模塊，用于根據(jù)所述陣列天線發(fā)射的波束的掃描角度調(diào)節(jié)所述可調(diào)光源的波長(zhǎng)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括毫米波信號(hào)源，與所述電光調(diào)制模塊連接，用于輸出所述毫米波信號(hào)至所述電光調(diào)制模塊。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括摻鉺光纖放大器，輸入端連接所述可調(diào)光源，輸出端連接所述電光調(diào)制模塊，用于對(duì)所述光信號(hào)進(jìn)行放大處理。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括低噪聲放大器，輸入端連接所述毫米波信號(hào)源，輸出端連接所述電光調(diào)制模塊，用于對(duì)所述毫米波信號(hào)進(jìn)行去噪和放大處理。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括若干個(gè)功率放大器，每個(gè)功率放大器的輸入端分別連接一所述光探測(cè)器，輸出端分別連接所述陣列天線中的一個(gè)天線。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述陣列天線為線性陣列天線或平面陣列天線，分別用于實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)對(duì)象的一維掃描或二維掃描。

上述應(yīng)用于毫米波成像系統(tǒng)的電掃陣列天線裝置，包括輸出波長(zhǎng)可調(diào)的光信號(hào)的可調(diào)光源、電光調(diào)制模塊、光耦合器、用于對(duì)各路已調(diào)制信號(hào)進(jìn)行不同時(shí)長(zhǎng)的光延時(shí)，并根據(jù)所述光信號(hào)的波長(zhǎng)相應(yīng)的改變所述光延時(shí)的時(shí)長(zhǎng)，得到不同相位的已調(diào)制信號(hào)的延時(shí)模塊、光探測(cè)器和陣列天線；將毫米波加載到波長(zhǎng)可調(diào)的光信號(hào)上，得到已調(diào)制信號(hào)，將該已調(diào)制信號(hào)分成多路信號(hào)，對(duì)每路信號(hào)進(jìn)行不同時(shí)長(zhǎng)的延時(shí)，進(jìn)行解調(diào)之后得到不同相位的毫米波信號(hào)并同時(shí)發(fā)射出去對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行掃描；該方案能夠?qū)Ρ粶y(cè)對(duì)象進(jìn)行快速掃描，無(wú)需被測(cè)對(duì)象相對(duì)于毫米波陣列天線移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)全面掃描，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他實(shí)施例的附圖。

圖1是一實(shí)施例中應(yīng)用于毫米波成像系統(tǒng)的電掃陣列天線裝置的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是一實(shí)施例中多根光纖的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是一實(shí)施例中陣列天線的各天線發(fā)出的波束示意圖；

圖4是一實(shí)施例中利用本發(fā)明應(yīng)用于毫米波成像系統(tǒng)的電掃陣列天線裝置對(duì)人體進(jìn)行掃描的示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)中所使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“及/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。

參見(jiàn)圖1，圖1是一實(shí)施例中應(yīng)用于毫米波成像系統(tǒng)的電掃陣列天線裝置30的結(jié)構(gòu)圖。

在本實(shí)施例中，該應(yīng)用于毫米波成像系統(tǒng)的電掃陣列天線裝置30，包括可調(diào)光源10、電光調(diào)制模塊11、光耦合器12、延時(shí)模塊13、光探測(cè)器14和陣列天線15。

可調(diào)光源10用于輸出波長(zhǎng)可調(diào)的光信號(hào)。

電光調(diào)制模塊11用于將毫米波信號(hào)調(diào)制到所述光信號(hào)上得到已調(diào)制信號(hào)。

光耦合器12用于將所述已調(diào)制信號(hào)分成多路信號(hào)。將加載了毫米波信號(hào)的光信號(hào)，即該已調(diào)制信號(hào)按照功率平均分成多路信號(hào)。

延時(shí)模塊13用于對(duì)各路已調(diào)制信號(hào)進(jìn)行不同時(shí)長(zhǎng)的光延時(shí)，并根據(jù)所述光信號(hào)的波長(zhǎng)相應(yīng)的改變所述光延時(shí)的時(shí)長(zhǎng)，得到不同相位的已調(diào)制信號(hào)。

參見(jiàn)圖2，該延時(shí)模塊13包括多根光纖，每根光纖的輸入端分別連接所述光耦合器12的一輸出端，每根光纖的輸出端分別連接一所述光探測(cè)器14，各光纖的長(zhǎng)度相同，每根光纖包括色散光纖和單模光纖，相鄰光纖中所述色散光纖的長(zhǎng)度差固定。由于每根光纖中色散光纖的長(zhǎng)度不一樣，每路已調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)該光纖的傳輸后產(chǎn)生不同的延時(shí)，且各光纖中所述色散光纖的長(zhǎng)度依次增加或減少，長(zhǎng)度差固定，各光纖中色散光纖的長(zhǎng)度呈等差數(shù)列，使得每路已調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)該光纖的傳輸后產(chǎn)生的延時(shí)時(shí)長(zhǎng)也呈等差數(shù)列，相應(yīng)的其相位變化也呈等差數(shù)列。

光探測(cè)器14用于將所述不同相位的已調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，得到不同相位的毫米波信號(hào)。將上述各路經(jīng)過(guò)光纖延時(shí)后的已調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，提取出毫米波信號(hào)，此時(shí)的毫米波信號(hào)相位發(fā)生了相應(yīng)的變化，其相位變化也呈現(xiàn)等差數(shù)列。

陣列天線15用于將所述不同相位的毫米波信號(hào)發(fā)射出去。將上述相位呈現(xiàn)等差數(shù)列的各路毫米波信號(hào)同時(shí)通過(guò)該陣列天線15發(fā)射出去，由于這些毫米波信號(hào)頻率相同，相位呈等差數(shù)列，使得陣列天線15發(fā)出的波束方向相對(duì)于陣列天線15的法線方向發(fā)生了偏移。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述陣列天線15為線性陣列天線或平面陣列天線，分別用于實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)對(duì)象的一維掃描或二維掃描。即線性掃描或平面掃描。

參見(jiàn)圖3，圖3是一實(shí)施例中陣列天線的各天線發(fā)出的波束示意圖。

以線性陣列天線為例，黑色實(shí)線表示該線性陣列天線中各天線的波束方向，黑色虛線表示各天線發(fā)出的波束的等相位線，d為相鄰天線的間距，θ表示各天線的波束方向偏離陣列天線所在平面的法線的角度，R_n表示各天線與該等相位線之間的波程，將該線性陣列天線中的各天線按照其位置順序依次編號(hào)為1，2…M…N-1，N，以編號(hào)為M的天線M和編號(hào)為N的天線N為例，天線M與該等相位線之間的波程，與天線N與該等相位線之間的波程之差滿足：

ΔR_n＝(N-M)d×sinθ (1)

若不對(duì)該線性陣列天線中的各天線發(fā)射的毫米波信號(hào)進(jìn)行延時(shí)，各天線發(fā)射的波束的等相位線垂直于線性陣列天線的法線，與該線性陣列天線所在的平面平行。當(dāng)對(duì)各天線發(fā)射的毫米波信號(hào)進(jìn)行等差延時(shí)后，各天線發(fā)射的波束到達(dá)各自等相位線的時(shí)間差為ΔR_n/C，使得該等相位線依然呈直線，且該等相位線與上述法線呈一定的角度，進(jìn)而改變了該線性陣列天線的波束方向，該方向與每個(gè)天線的波束方向一致。

進(jìn)而可以在不通過(guò)機(jī)械驅(qū)動(dòng)陣列天線運(yùn)動(dòng)的情況下，對(duì)與線性該陣列天線的法線呈θ角的被測(cè)對(duì)象進(jìn)行掃描，實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)的掃描檢測(cè)。同樣的，上述掃描規(guī)律也適用于平面陣列天線。

參見(jiàn)圖4，圖4是一實(shí)施例中利用本發(fā)明應(yīng)用于毫米波成像系統(tǒng)的電掃陣列天線裝置30對(duì)人體進(jìn)行掃描的示意圖。

當(dāng)被測(cè)對(duì)象為人體時(shí)，若該人體的高度為H，與該電掃陣列天線裝置30，即與上述陣列天線15的距離為D時(shí)，此時(shí)該陣列天線15發(fā)出的波束的掃描角度需滿足：

θ≥tan^-1(H/D) (2)

因此，可以根據(jù)被檢測(cè)對(duì)象的幾何參數(shù)來(lái)確定該電掃陣列天線裝置30的最大掃描角度，進(jìn)而可以根據(jù)公式(1)對(duì)相鄰天線的間距和相鄰天線發(fā)出的毫米波信號(hào)的延時(shí)時(shí)長(zhǎng)差進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中，該延時(shí)時(shí)長(zhǎng)差為ΔR_n/C。

由于不同波長(zhǎng)的光信號(hào)在光纖中的傳輸速度不同，通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)光源10發(fā)出的光信號(hào)的波長(zhǎng)可以調(diào)節(jié)該延時(shí)時(shí)長(zhǎng)，以實(shí)現(xiàn)陣列天線15發(fā)出的波束方向相對(duì)于上述法線方向產(chǎn)生更大的偏移，以滿足掃描角度的需求，連續(xù)調(diào)節(jié)該光信號(hào)的波長(zhǎng)可以實(shí)現(xiàn)該波束方向的連續(xù)調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)對(duì)象的全面檢測(cè)。

該應(yīng)用于毫米波成像系統(tǒng)的電掃陣列天線裝置30也可以應(yīng)用于物品的無(wú)損檢測(cè)，通過(guò)檢測(cè)判斷人體或物品是否夾帶有危險(xiǎn)物品，以及其他應(yīng)用場(chǎng)景，使得毫米波成像系統(tǒng)的成像速度快，效果好，提高了被測(cè)對(duì)象的檢測(cè)精度和檢測(cè)效率。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，如圖1所示，該應(yīng)用于毫米波成像系統(tǒng)的電掃陣列天線裝置30還包括可編程邏輯模塊16，連接所述可調(diào)光源10，用于根據(jù)所述陣列天線15發(fā)射的波束的掃描角度調(diào)節(jié)所述可調(diào)光源10的波長(zhǎng)。該可編程邏輯模塊16通過(guò)調(diào)節(jié)電流的方式或其他方式調(diào)節(jié)可調(diào)光源10的波長(zhǎng)，進(jìn)而改變已調(diào)制波在光纖中的延時(shí)時(shí)長(zhǎng)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，該應(yīng)用于毫米波成像系統(tǒng)的電掃陣列天線裝置30還包括毫米波信號(hào)源17，用于輸出所述毫米波信號(hào)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，該應(yīng)用于毫米波成像系統(tǒng)的電掃陣列天線裝置30還包括摻鉺光纖放大器18。摻鉺光纖放大器18的輸入端連接所述可調(diào)光源10、輸出端連接所述電光調(diào)制模塊11，用于對(duì)所述光信號(hào)進(jìn)行放大處理。摻鉺光纖放大器18可以對(duì)光信號(hào)進(jìn)行直接放大，使得可調(diào)光源10產(chǎn)生的光信號(hào)滿足光外調(diào)制的需求。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，該應(yīng)用于毫米波成像系統(tǒng)的電掃陣列天線裝置30還包括低噪聲放大器19。低噪聲放大器19的輸入端連接所述毫米波信號(hào)源17、輸出端連接所述電光調(diào)制模塊11，用于對(duì)所述毫米波信號(hào)進(jìn)行去噪和放大處理。同樣的，將毫米波信號(hào)進(jìn)行去噪放大后，使其滿足調(diào)制的需求。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，該應(yīng)用于毫米波成像系統(tǒng)的電掃陣列天線裝置30還包括若干個(gè)功率放大器20，每個(gè)功率放大器20的輸入端分別連接一所述光探測(cè)器14、輸出端分別連接所述陣列天線15中的一個(gè)天線。

該功率放大器20對(duì)各路解調(diào)出來(lái)的毫米波信號(hào)進(jìn)行功率放大后由陣列天線15同時(shí)發(fā)射出去，對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行掃描，此時(shí)各毫米波信號(hào)的相位呈等差數(shù)列的關(guān)系，使得陣列天線的波束發(fā)生偏移，實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)對(duì)象不同角度的掃描，進(jìn)而對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行全面檢測(cè)。

上述應(yīng)用于毫米波成像系統(tǒng)的電掃陣列天線裝置30，將毫米波加載到波長(zhǎng)可調(diào)的光信號(hào)上，得到已調(diào)制信號(hào)，將該已調(diào)制信號(hào)分成多路信號(hào)，對(duì)每路信號(hào)進(jìn)行不同時(shí)長(zhǎng)的延時(shí)，經(jīng)延時(shí)之后各路已調(diào)制信號(hào)的相位發(fā)生相應(yīng)的變化，使得經(jīng)解調(diào)得到的毫米波信號(hào)的相位也發(fā)生相應(yīng)變化，將該毫米波信號(hào)同時(shí)通過(guò)陣列天線15發(fā)射出去，陣列天線15的波束方向會(huì)根據(jù)各路毫米波的相位變化發(fā)生偏移，進(jìn)而對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行掃描；該方案能夠?qū)Ρ粶y(cè)對(duì)象進(jìn)行快速掃描，尤其適用于人體安全檢測(cè)，根據(jù)人體的幾何參數(shù)確定該電掃陣列天線裝置30的掃描角度，進(jìn)而對(duì)載波光信號(hào)的波長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿足該掃描角度的需求，通過(guò)可調(diào)光源10可以實(shí)現(xiàn)該光信號(hào)的連續(xù)調(diào)節(jié)，進(jìn)而對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行連續(xù)全面的掃描，毫米波陣列天線無(wú)需相對(duì)于人體移動(dòng)就可以實(shí)現(xiàn)全面檢測(cè)，該裝置掃描速度快、檢測(cè)精度高，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、實(shí)用性強(qiáng)。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡(jiǎn)潔，未對(duì)上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說(shuō)明書(shū)記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。