CN109407164A - 毫米波安检设备及其多频带毫米波收发系统 - Google Patents
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Abstract
一种毫米波安检设备及其多频带毫米波收发系统，包括n个毫米波收发模块，每个毫米波收发模块包括毫米波源，第i+1个毫米波收发模块的毫米波源的频段大于第i个毫米波收发模块的频段，每个毫米波源包括频差固定的第一毫米波源和第二毫米波源；第一功分器，第二功分器；毫米波收发阵列，接收第一功分器输出的第一路毫米波信号；第一混频器，对毫米波收发阵列输出的回波信号和第二功分器输出的第一路毫米波信号混频生成测量信号；第二混频器，对第一功分器输出的第二路毫米波信号和第二功分器输出的第二路毫米波信号混频生成参考信号；和解调器，对测量信号和参考信号进行解调，以生成全息数据。采用n个频带毫米波信号，成像带宽大大提升。
Description
技术领域
本公开涉及安检技术领域，尤其涉及一种多频带毫米波收发系统，以及包括上述多频带毫米波收发系统的毫米波安检设备。
背景技术
现有的安检设备例如人体安检门通常采用毫米波收发系统进行安检，例如L3Provision系列圆柱扫描毫米波全息人体安检门采用的频率为27-33GHz，成像带宽6GHz。Roger&Schwartz公司的QPASS产品面阵扫描毫米波人体安检门采用的频率为70-80GHz，成像带宽10GHz。华讯方舟、上海芯影等公司的毫米波安检门采用的大都是中心频率30GHz左右、带宽6GHz的成像频段。现有的毫米波收发系统的带宽通常受到毫米波射频电路和天线带宽的限制，因而当采用单频带进行成像时，毫米波图像的距离向分辨率往往远差于方位向分辨率，从而使毫米波图像受到散斑效应的干扰，同时距离向的分辨能力也无法有效利用。
发明内容
本公开的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。
根据本公开的一个方面的实施例，提供了一种多频带毫米波收发系统，包括：
n个毫米波收发模块，其中n为整数且n≥2，每个毫米波收发模块均包括：
毫米波信号源，且第i+1个毫米波收发模块的毫米波信号源的频段均大于第i个毫米波收发模块的毫米波信号源的频段，其中，i为整数且n-1≥i≥1，每个毫米波收发模块的毫米波信号源均包括第一毫米波信号源和第二毫米波信号源，所述第一毫米波信号源与所述第二毫米波信号源的频差是固定的；
第一功分器，所述第一功分器的输入端与所述第一毫米波信号源连接；
第二功分器，所述第二功分器的输入端与所述第二毫米波信号源连接；
毫米波收发阵列，所述毫米波收发阵列接收所述第一功分器输出的第一路毫米波信号；
第一混频器，所述第一混频器配置成对所述毫米波收发阵列输出的回波信号和所述第二功分器输出的第一路毫米波信号进行混频来生成频率测量信号；
第二混频器，所述第二混频器配置成对所述第一功分器输出的第二路毫米波信号和所述第二功分器输出的第二路毫米波信号进行混频来生成频率参考信号；以及
解调器，所述解调器对所述第一混频器输出的所述频率测量信号和所述第二混频器输出的所述频率参考信号进行解调，以生成毫米波全息数据。
在一些实施例中，所述第i+1个毫米波收发模块的第一毫米波信号源是通过第一倍频器对第1个毫米波收发模块至第i个毫米波收发模块中的第m个毫米波收发模块的第一功分器输出的第三路毫米波信号进行倍频获得的，其中m为整数且i≥m≥1。
在一些实施例中，所述第i+1个毫米波收发模块的第二毫米波信号源是通过第二倍频器对所述第m个毫米波收发模块中的第二功分器输出的第三路毫米波信号进行倍频获得的，所述第二倍频器的倍频数等于所述第一倍频器的倍频数。
在一些实施例中，所述第i+1个毫米波收发模块的所述频率参考信号是通过第三倍频器对所述第m个毫米波收发模块中的第二混频器输出的频率参考信号进行倍频获得的，所述第三倍频器的倍频数等于所述第一倍频器的倍频数。
在一些实施例中，所述第i+1个毫米波收发模块的毫米波信号源的频段的最低值等于所述第i个毫米波收发模块的毫米波信号源的频段的最高值。
在一些实施例中，5≥n。
在一些实施例中，所述毫米波收发阵列包括多个呈线性排布的发射天线单元和多个呈线性排布的接收天线单元，所述接收天线单元的排布方向与所述发射天线单元的排布方向平行。
在一些实施例中，所述n个毫米波收发模块的所述毫米波收发阵列在与所述发射天线单元的排布方向垂直的方向上依次排布。
在一些实施例中，还包括适用于对所述n个毫米波收发模块的所述毫米波收发阵列进行切换的切换开关。
根据本公开的另一方面的实施例，还提供了一种毫米波安检设备，包括上述的多频带毫米波收发系统。
在一些实施例中，所述毫米波安检设备为毫米波安检门。
根据本公开上述各种实施例所述的毫米波安检设备及其多频带毫米波收发系统，通过复用毫米波低频信号源以及毫米波数据采集系统等将两个频带的毫米波收发电路集成在一个毫米波收发阵列上，进而扫描收发阵列实现超宽带的毫米波成像。由于采用了两个频带的毫米波信号，成像带宽得到了极大的提升，毫米波图像的距离向分辨率以及图像质量可以得到显著提升。
附图说明
图1是根据本公开的一种实施例的毫米波安检设备的原理图；
图2是根据本公开的一种示例性实施例的多频带毫米波收发系统的工作原理图；
图3是图2所示的多频带毫米波收发系统的扫描示意图；
图4是示出根据本公开的另一示例性实施例的多频带毫米波收发系统的工作原理图；
图5是图4所示的多频带毫米波收发系统的扫描示意图；以及
图6是根据本公开的多频带毫米波收发系统的发射天线单元和接收天线单元的排布。
具体实施方式
虽然将参照含有本公开的较佳实施例的附图充分描述本公开，但在此描述之前应了解本领域的普通技术人员可修改本文中所描述的公开，同时获得本公开的技术效果。因此，须了解以上的描述对本领域的普通技术人员而言为一广泛的揭示，且其内容不在于限制本公开所描述的示例性实施例。
另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。
根据本公开的总体上的发明构思，提供了一种多频带毫米波收发系统，包括n个毫米波收发模块，其中n为整数且n≥2，每个毫米波收发模块均包括毫米波信号源，且第i+1个毫米波收发模块的毫米波信号源的频段均大于第i个毫米波收发模块的毫米波信号源的频段，其中，i为整数且n-1≥i≥1，每个毫米波收发模块的毫米波信号源均包括第一毫米波信号源和第二毫米波信号源，且所述第一毫米波信号源与所述第二毫米波信号源的频差是固定的；第一功分器，所述第一功分器的输入端与所述第一毫米波信号源连接；第二功分器，所述第二功分器的输入端与所述第二毫米波信号源连接；毫米波收发阵列，所述毫米波收发阵列接收所述第一功分器输出的第一路毫米波信号；第一混频器，所述第一混频器配置成对所述毫米波收发阵列输出的回波信号和所述第二功分器输出的第一路毫米波信号进行混频来生成频率测量信号；第二混频器，所述第二混频器配置成对所述第一功分器输出的第二路毫米波信号和所述第二功分器输出的第二路毫米波信号进行混频来生成频率参考信号；以及解调器，所述解调器对所述第一混频器输出的所述频率测量信号和所述第二混频器输出的所述频率参考信号进行解调，以生成毫米波全息数据。
图1示出了根据本公开的毫米波安检设备的原理图。如图1所示，该安检设备包括多频带毫米波收发系统1、机械扫描系统2、电控系统3、数据处理系统4以及图像显示系统5组成。其中电控系统1接收数据处理系统4发出的指令，并依照指令控制机械扫描系统2实现对多频带毫米波收发系统1的扫描，同时控制多频带毫米波收发系统1进行全息数据采集；机械扫描系统2实现对多频带毫米波收发系统1的机械扫描，该扫描方式可以是水平线阵阵列沿竖直方向扫描、竖直线阵阵列沿水平方向扫描或者竖直线阵阵列沿圆弧扫描，以获取平面或圆柱面全息数据；多频带毫米波收发系统1接收电控系统3的指令，在机械扫描过程中通过开关切换获取双频带的毫米波全息数据；数据处理系统4通过电控系统1实现对机械扫描系统2和多频带毫米波收发系统1的控制，同时对多频带毫米波收发系统1获取的多频带全息数据进行图像重建；图像显示系统5对数据处理系统4形成的宽带毫米波全息图像进行显示。
如图2所示，根据本公开的一种示例性实施例的多频带毫米波收发系统1包括第1毫米波收发模块和第2毫米波收发模块，且第2个毫米波收发模块的毫米波信号源的频段大于第1个毫米波收发模块的毫米波信号源的频段，即第1个毫米波收发模块的毫米波信号源为低频毫米波信号源，第2个毫米波收发模块的毫米波信号源为高频毫米波信号源。第1个毫米波收发模块的毫米波信号源包括具有固定频差的第一低频毫米波信号源RF1和第二低频毫米波信号源LO1。第一低频毫米波信号源RF1经过第一功分器11分成两路信号，第一功分器11输出的第一路毫米波信号作为发射信号由低频发射天线TX1辐射到自由空间，第一功分器11输出的第二路毫米波信号输入到第一混频器21，低频发射天线TX1发出低频毫米波信号照射在被检对象上，反射信号被低频接收天线RX1接收；第二低频毫米波信号源LO1经过第二功分器12分成两路信号，第二功分器12输出的第一路毫米波信号通过第一混频器21与低频接收天线RX1接收到的低频回波信号混频，形成低频测量信号输入到I/Q解调器31，第二功分器12输出的第二路毫米波信号通过第二混频器22与第一功分器11输出的第二路毫米波信号混频，形成低频参考信号，输入到I/Q解调器31，I/Q解调器31对低频参考信号和低频测量信号进行I/Q解调后得到低频毫米波全息数据的实部和虚部(I1和Q1)。类似地，第2个毫米波收发模块的毫米波信号源包括具有固定频差的第一高频毫米波信号源RF2和第二高频毫米波信号源LO2。第一高频毫米波信号源RF2经过第一功分器11′分成两路信号，第一功分器11′输出的第一路毫米波信号作为发射信号由高频发射天线TX2辐射到自由空间，第一功分器11′输出的第二路毫米波信号输入到第二混频器22′，高频发射天线TX2发出高频毫米波信号照射在人体上，反射信号被高频接收天线RX2接收；第二高频毫米波信号源LO2经过第二功分器12′分成两路信号，第二功分器12′输出的第一路毫米波信号通过第一混频器21′与高频接收天线RX1接收到的高频回波信号混频，形成高频测量信号输入到I/Q解调器31′，第二功分器12′输出的第二路毫米波信号通过第二混频器22′与第一功分器11′输出的第二路毫米波信号混频，形成高频参考信号，输入到I/Q解调器31′，I/Q解调器31′对高频参考信号和高频测量信号进行I/Q解调后得到高频毫米波全息数据的实部和虚部(I2和Q2)。
在实际工作中，RF1和LO1、RF2和LO2进行扫频，形成高低两个频带的毫米波信号，由于高低两个毫米波电路相对独立，当第2个毫米波收发模块的毫米波信号源的频段的最低值等于所述第1个毫米波收发模块的毫米波信号源的频段的最高值，以使得高低两个相对独立的频带可以相连，如图3所示。
需要说明的是，虽然在上述实施例的多频带毫米波收发系统均采用了2个毫米波收发模块，然而本领域的技术人员应当理解，本公开的多频带毫米波收发系统可以采用n(其中，n为整数)个毫米波收发模块，例如3个，……，n个。优选5≥n。
如图4所示，根据本公开的另一种示例性实施例的多频带毫米波收发系统包括第1毫米波收发模块和第2毫米波收发模块，第2个毫米波收发模块的毫米波信号源的频段大于第1个毫米波收发模块的毫米波信号源的频段，即第1个毫米波收发模块的毫米波信号源为低频毫米波信号源，第2个毫米波收发模块的毫米波信号源为高频毫米波信号源。在该实施例中，第2个毫米波收发模块的毫米波信号源复用第1个毫米波收发模块的毫米波信号源。具体地，第1个毫米波收发模块的毫米波信号源包括具有固定频差的第一低频毫米波信号源RF和第二低频毫米波信号源LO。第一低频毫米波信号源RF经过第一功分器11分成两路信号，第一功分器11输出的第一路毫米波信号作为发射信号由低频发射天线TX1辐射到自由空间，第一功分器11输出的第二路毫米波信号输入到第二混频器22，低频发射天线TX1发出低频毫米波信号照射在被检对象上，反射信号被低频接收天线RX1接收；第二低频毫米波信号源LO经过第二功分器12分成两路信号，第二功分器12输出的第一路毫米波信号通过第一混频器21与低频接收天线RX接收到的低频回波信号混频，形成低频测量信号输入到I/Q解调器31，第二功分器12输出的第二路毫米波信号通过第二混频器22与第一功分器11输出的第二路毫米波信号混频，形成低频参考信号，输入到I/Q解调器31，I/Q解调器31对低频参考信号和低频测量信号进行I/Q解调后得到低频毫米波全息数据的实部和虚部(I1和Q1)。第一功分器11输出的第三路毫米波信号经过第一倍频器41(典型的如二倍频)产生高频毫米波信号，由高频毫米波发射天线(TX2)辐射到自由空间；第二功分器12输出的第三路毫米波信号经过第二倍频器42(典型的如二倍频)后，作为输入与第三混频器23(典型的如二次谐波混频器)相连，经被检对象反射的高频毫米波信号被高频毫米波接收天线(RX2)接收，接收信号通过第三混频器23与第二倍频器42的输出信号混频，形成高频测量信号，第二混频器22输出的第二路毫米波信号作通过第三倍频器43进行倍频后形成高频参考信号，该高频测量信号和高频参考信号由第二I/Q解调器32解调出高频毫米波全息数据的实部和虚部(I2和Q2)。在实际工作中，RF和LO进行扫频，形成高低两个频带的毫米波信号，如图5所示。也就是说，第2个毫米波收发模块的第一毫米波信号源是通过第一倍频器41对第1个毫米波收发模块的第一功分器11输出的第三路毫米波信号进行倍频获得的。第2个毫米波收发模块的第二毫米波信号源是通过第二倍频器42对所述第1个毫米波收发模块中的第二功分器12输出的第三路毫米波信号进行倍频获得的，第2个毫米波收发模块的所述频率参考信号是通过第三倍频器43对所述第1个毫米波收发模块中的第二混频器输出的频率参考信号进行倍频获得的。
需要说明的是，虽然在上述实施例的多频带毫米波收发系统均采用了2个毫米波收发模块，然而本领域的技术人员应当理解，本公开的多频带毫米波收发系统可以采用n(其中，n为整数)个毫米波收发模块，例如3个，……，n个。优选5≥n≥2。
此外，在一些实施例中，当存在n个毫米波收发模块时，所述第i+1个毫米波收发模块的第一毫米波信号源可以是通过第一倍频器41对第1个毫米波收发模块至第i个毫米波收发模块中的第m个毫米波收发模块的第一功分器输出的第三路毫米波信号进行倍频获得的，其中m为整数且i≥m≥1。所述第i+1个毫米波收发模块的第二毫米波信号源可以是通过第二倍频器42对所述第m个毫米波收发模块中的第二功分器输出的第三路毫米波信号进行倍频获得的。所述第i+1个毫米波收发模块的所述频率参考信号可以是通过第三倍频器43对所述第m个毫米波收发模块中的第二混频器输出的频率参考信号进行倍频获得的，第一倍频器41、第二倍频器42以及第三倍频器43的倍频数相等。
如图6所示，在一些实施例中，所述毫米波收发阵列包括多个呈线性排布的发射天线单元TX1、TX2和多个呈线性排布的接收天线单元RX1、RX2，所述接收天线单元TX1、TX2的排布方向与所述发射天线单元RX1、RX2的排布方向平行。
如图6所示，在一些实施例中，所述n个毫米波收发模块的所述毫米波收发阵列在与发射天线单元的排布方向垂直的方向上依次排布。
如图5所示，在一些实施例中，还包括适用于对所述n个毫米波收发模块的所述毫米波收发阵列进行切换的切换开关。
根据本公开的另一方面的实施例，还提供了一种安检设备，该安检设备包括如上所述的多频带毫米波收发系统。
在一些实施例中，所述安检设备为安检门。
根据本公开上述各种实施例所述的毫米波安检设备及其多频带毫米波收发系统，通过复用毫米波低频信号源以及毫米波数据采集系统等将两个频带的毫米波收发电路集成在一个毫米波收发阵列上，进而扫描收发阵列实现超宽带的毫米波成像。由于采用了两个频带的毫米波信号，成像带宽得到了极大的提升，毫米波图像的距离向分辨率以及图像质量可以得到显著提升。
本领域的技术人员可以理解，上面所描述的实施例都是示例性的，并且本领域的技术人员可以对其进行改进，各种实施例中所描述的结构在不发生结构或者原理方面的冲突的情况下可以进行自由组合。
在详细说明本公开的较佳实施例之后，熟悉本领域的技术人员可清楚的了解，在不脱离随附权利要求的保护范围与精神下可进行各种变化与改变，且本公开亦不受限于说明书中所举示例性实施例的实施方式。
Claims (11)
1.一种多频带毫米波收发系统，包括：
n个毫米波收发模块，其中n为整数且n≥2，每个毫米波收发模块均包括：
毫米波信号源，且第i+1个毫米波收发模块的毫米波信号源的频段均大于第i个毫米波收发模块的毫米波信号源的频段，其中，i为整数且n-1≥i≥1，每个毫米波收发模块的毫米波信号源均包括第一毫米波信号源和第二毫米波信号源，所述第一毫米波信号源与所述第二毫米波信号源的频差是固定的；
第一功分器，所述第一功分器的输入端与所述第一毫米波信号源连接；
第二功分器，所述第二功分器的输入端与所述第二毫米波信号源连接；
毫米波收发阵列，所述毫米波收发阵列接收所述第一功分器输出的第一路毫米波信号；
第一混频器，所述第一混频器配置成对所述毫米波收发阵列输出的回波信号和所述第二功分器输出的第一路毫米波信号进行混频来生成频率测量信号；
第二混频器，所述第二混频器配置成对所述第一功分器输出的第二路毫米波信号和所述第二功分器输出的第二路毫米波信号进行混频来生成频率参考信号；以及
解调器，所述解调器对所述第一混频器输出的所述频率测量信号和所述第二混频器输出的所述频率参考信号进行解调，以生成毫米波全息数据。
2.根据权利要求1所述的多频带毫米波收发系统，其中，所述第i+1个毫米波收发模块的第一毫米波信号源是通过第一倍频器对第1个毫米波收发模块至第i个毫米波收发模块中的第m个毫米波收发模块的第一功分器输出的第三路毫米波信号进行倍频获得的，其中m为整数且i≥m≥1。
3.根据权利要求2所述的多频带毫米波收发系统，其中，所述第i+1个毫米波收发模块的第二毫米波信号源是通过第二倍频器对所述第m个毫米波收发模块中的第二功分器输出的第三路毫米波信号进行倍频获得的，所述第二倍频器的倍频数等于所述第一倍频器的倍频数。
4.根据权利要求3所述的多频带毫米波收发系统，其中，所述第i+1个毫米波收发模块的所述频率参考信号是通过第三倍频器对所述第m个毫米波收发模块中的第二混频器输出的频率参考信号进行倍频获得的，所述第三倍频器的倍频数等于所述第一倍频器的倍频数。
5.根据权利要求1所述的多频带毫米波收发系统，其中，所述第i+1个毫米波收发模块的毫米波信号源的频段的最低值等于所述第i个毫米波收发模块的毫米波信号源的频段的最高值。
6.根据权利要求1所述的多频带毫米波收发系统，其中，5≥n。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的多频带毫米波收发系统，其中，所述毫米波收发阵列包括多个呈线性排布的发射天线单元和多个呈线性排布的接收天线单元，所述接收天线单元的排布方向与所述发射天线单元的排布方向平行。
8.根据权利要求7所述的多频带毫米波收发系统，其中，所述n个毫米波收发模块的所述毫米波收发阵列在与所述发射天线单元的排布方向垂直的方向上依次排布。
9.根据权利要求8所述的多频带毫米波收发系统，其中，还包括适用于对所述n个毫米波收发模块的所述毫米波收发阵列进行切换的切换开关。
10.一种毫米波安检设备，包括如权利要求1～9中任一所述的多频带毫米波收发系统。
11.根据权利要求10所述的安检设备，其中，所述毫米波安检设备为毫米波安检门。
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