CN109698409A - 一种适用于人体电磁波成像安检的阵列天线的设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适用于人体电磁波成像安检的阵列天线的设计方法，该设计步骤是，阵列天线中的每一行天线阵列包括有若干个顺序连接的天线单元，关键是每一行天线阵列的天线单元的朝向由人体椭圆模型确定，所有天线单元的朝向均为椭圆的垂线；每一行顺序连接的天线单元中，两端的天线单元的朝向与阵列法线方向呈一定的角度，中部天线单元的朝向与阵列法线方向相同；本发明能够实现电磁波有序收发的阵列天线，该天线不仅结构简单，易于加工，而且能够有效提高人体两侧目标的信噪比。
Description
技术领域
本发明涉及一种阵列天线的设计方法，尤其是一种能增强成像效果的适用于人体电磁波成像安检的阵列天线的设计方法。
背景技术
在人体安检领域，主要采用包括有X射线、红外线、太赫兹、超宽带、电磁波等方面涉及的安检设备。其中，电磁波成像安检方面的设备可以在安全辐射功率标准下，可以检测藏匿于衣服、包裹内的违禁品，具有不影响人体健康的安全性，也是目前提倡并会逐步普及的安检技术。
对于电磁波成像安检技术，通常采用的阵列天线多为直线式阵列天线或环形阵列天线。天线方向或与阵列法线方向相同，或指向环形阵列的圆心。当被测对象为人体，采用椭圆进行建模，此时：
如果使用直线式阵列天线，得到的人体两侧反馈的回波较弱，信噪比较低，造成最终的成像效果较差，不易检测到人体两侧的危险目标，不能完全达到安检的目的。
而如果使用环形阵列天线，该天线结构较为复杂，不利于阵列的加工与制造。
因此目前的阵列天线机构都没有特别适用于人体电磁波成像安检技术，所以需要重新设计一种新的阵列天线结构，特别用于该技术领域。
发明内容
为了克服现有的阵列天线在人体两侧回波较弱、结构复杂的问题，本发明提供了一种适用于人体电磁波成像安检的阵列天线的设计方法，按照该结构设计的阵列天线不仅结构简单，易于加工，而且能够有效提高人体两侧目标的信噪比。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种适用于人体电磁波成像安检的阵列天线的设计方法，其特征在于：该结构中的每一行天线阵列包括有若干个顺序连接的天线单元，每一行天线阵列的天线单元的朝向由人体椭圆模型确定，所有天线单元的朝向均为椭圆的垂线。每一行天线阵列中，位于天线阵列两端的天线单元的朝向与天线阵列的法线方向呈一定角度，位于天线阵列中部的天线单元的朝向与天线阵列的法线方向相同。
每一行天线阵列可以是包括M个顺序连接的天线单元，60≤ M ≤100。进一步的，每一行天线阵列中的第N+1个至第M-N个天线为中部的天线单元，剩余天线单元为两端的天线单元，并且有N≈M/16，即两端天线单元的数量约为天线单元总数的八分之一。
对于上面描述的阵列天线结构，可以包括至少两行天线阵列，一行天线阵列用于发射电磁波，另一行天线阵列用于接收电磁波。在这个结构中，每一行天线阵列中相邻两个天线单元的间距为d；用于发射电磁波的天线阵列和用于接收电磁波的天线阵列在水平方向上错开的间距为d/2，在垂直方向上的间隔为d/4，其中，为发射电磁波的波长。
本发明利用椭圆模型对人体进行建模，对阵列两端天线的位置和方向进行设计，使得电磁波在人体两侧对被测目标的入射角度增大，回波信号增强，由此达到增强该区域目标信噪比的目的。
本发明的有益效果是：在保证阵列天线复杂度较低的同时，提高人体两侧目标信噪比，有利于阵列天线的加工制造和后续信号处理。
附图说明
图1是本发明的天线阵列示意图；
图2是本发明的收发天线阵列示意图。
其中，附图标记为：1为阵列法线方向，2-10为阵列中的天线单元所处位置；每一行天线阵列包括M个天线单元，d1为两行天线阵列之间的间距，为d/2；d2为同一行相邻两个天线单元之间的距离，为d；d3为阵列天线的整体尺寸，为(M-1)*d；d4为两行天线阵列在垂直方向上的间隔，为d/4；Rx1，Rx2，Rx3……RxM为第一行天线中的M个天线单元，Tx1，Tx2，Tx3……TxM，为第一行天线中的M个天线单元。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1：以载波中心频率为30GHz，天线单元总数为128个为例，如图1所示，该阵列天线结构共由128个天线单元组成，分别位于上下两行，每行六十四个天线单元。其中，第一行的天线单元依次为Rx1—Rx64，第二行的天线单元依次为Tx1—Tx64。发射电磁波波长为=10mm，则阵列天线的整体长度d3为（64-1）*10mm=630mm。
其中：第一行天线从左侧开始的第一个天线单元至第四个天线单元（即图1中的2、3、4、5）的方向与阵列法线方向的夹角分别为-3.2°、-2.4°、-1.6°以及-0.8°，第五个天线单元至第六十个天线单元的方向与阵列法线方向相同，第六十一个天线单元至第六十四个天线单元（即图1中的7、8、9、10）的方向与阵列法线方向的夹角分别为0.8°、1.6°、2.4°以及3.2°；第二行天线所有天线单元均与第一行天线中对应顺序位置的天线单元的朝向相同。第二行天线与第一行天线在水平方向上错开=5mm，上下间隔=2.5mm，左右两个相邻天线间隔10mm。
实施例2：以载波中心频率为30GHz，天线总数为160个为例，如图1所示，该阵列天线结构共由160个天线单元组成，分别位于上下两行，每行八十个天线单元。其中，第一行的天线单元依次为Rx1—Rx80，第二行的天线单元依次为Tx1—Tx80。发射电磁波波长为=10mm，则阵列天线的整体长度d3为（80-1）*10mm=790mm。
该阵列天线结构中，第一行天线从左侧开始第一个天线单元至第五个天线单元的方向与阵列法线的夹角分别为-3.6°、-2.4°、-1.8°、-1.2°以及-0.6°；第六个天线单元至第七十五个天线单元的方向与阵列法线方向相同，第七十六个天线单元至第八十个天线单元的方向与阵列法线的夹角分别为0.6°、1.2°、1.8°、2.4°以及3.6°。第二行的天线单元的方向与第一行中对应顺序位置的天线单元的方向相同，并且位置整体向左平移5mm，两行天线上下间隔d1为2.5mm，同一行相邻两个天线单元间隔d2为10mm。
Claims (6)
1.一种适用于人体电磁波成像安检的阵列天线的设计方法，其特征在于：设定阵列天线中每一行天线阵列包括有若干个顺序连接的天线单元，每一行天线阵列的天线单元的朝向由人体椭圆模型确定，所有天线单元的朝向均为椭圆的垂线。
2.根据权利要求1所述的适用于人体电磁波成像安检的阵列天线的设计方法，其特征在于：每一行天线阵列中，位于天线阵列两端的天线单元的朝向与天线阵列的法线方向呈一定角度，位于天线阵列中部的天线单元的朝向与天线阵列的法线方向相同。
3.根据权利要求1所述的适用于人体电磁波成像安检的阵列天线的设计方法，其特征在于：每一行天线阵列包括有M个顺序连接的天线单元，60≤ M ≤100。
4.根据权利要求3所述的适用于人体电磁波成像安检的阵列天线的设计方法，其特征在于：每一行天线阵列中的第N+1个至第M-N个天线为中部的天线单元，剩余天线单元为两端的天线单元，并且N≈M/16。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的适用于人体电磁波成像安检的阵列天线的设计方法，其特征在于：所述阵列天线结构包括至少两行天线阵列，一行天线阵列用于发射电磁波，另一行天线阵列用于接收电磁波。
6.根据权利要求5所述的适用于人体电磁波成像安检的阵列天线的设计方法，其特征在于：每一行天线阵列中相邻两个天线单元的间距为d；用于发射电磁波的天线阵列和用于接收电磁波的天线阵列在水平方向上错开的间距为d/2，在垂直方向上的间隔为d/4，其中，为发射电磁波的波长。
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