CN110726882B - 一种适用于被动式安检仪的双极化辐射计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于被动式安检仪的双极化辐射计，属于微波检测技术领域，包括微波接收天线、极化分离器、波导微带转换器、低噪声放大器和检波器；在检测微波信号时，通过所述极化分离器对不同极化方向的目标信号进行分离，并分别传输到两个射频通道进行放大检波输出，通过将两路信号进行叠加，提高辐射计的信噪比或单独输出表征目标的各极化信息。本发明通过极化分离器将信号进行分离，并对不同的极化信号放大检波，可得到目标信号的多个极化强度信息，也可以将不同极化输出进行叠加，提高辐射计信噪比，降低了对低噪声放大器的要求；并且具有使用灵活、功能多样、易于集成的特点，值得被推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及微波检测技术领域，具体涉及一种适用于被动式安检仪的双极化辐射计。
背景技术
微波辐射计是一种检测微波信号的高灵敏度、高分辨率微波接收机。1946年，狄克首先研制了第一台测量微波辐射的装置，称为狄克式辐射计。而后在狄克式辐射计的基础上衍生和改进出了其他辐射计，如零平衡型辐射计、双参考温度辐射计、相关型辐射计、扫描型辐射计等。但早期的辐射计大多采用外差混频加功率检波的方式，将前端频率较高的信号下变频为频率更低的中频信号，再对中频信号进行滤波、放大、检波。但这种辐射计，往往结构复杂，而且需要信号源为混频器提供本振信号，难以小型化。
全功率辐射计具有较高的理论灵敏度，但受到各种实际条件限制，特别是增益变化对全功率辐射计测量精度产生不利的影响。
另外自然界中的物体都有辐射电磁波的能力，其辐射的电磁波信号一般在各个方向均存在，传统的辐射计一般仅能检测到某个极化方向上的信号，这意味着其他信号被浪费了，不利于提升辐射计的信噪比。采用双极化或全极化辐射计，有助于目标辐射和散射信号的充分利用，而且能够提取到目标信号的不同的极化信息，有利于目标检测。
在公开号为CN102213760A中国发明专利申请中公开了一种采用准光学技术的星载双极化毫米波辐射计，该辐射计采用准光系统金属光栅对入射波进行分离，再通过两个辐射计分别进行检测，具有较高的系统灵敏度。
上述的各种辐射计都能实现对某种微波或者毫米波功率的检测，但是均存在一定的不足：超外差式结构需要本振信号，功耗大，结构复杂，难以集成化；直接检波式辐射计，对低噪放的增益系数要求很高，且传统的直接检波式辐射计只能采集到某一个方向的极化信号；采用准光学技术的适用于被动式安检仪的双极化辐射计，光学结构体积较大，结构复杂，不利于小型化。为此，提出一种适用于被动式安检仪的双极化辐射计。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：如何解决传统被动式安检仪上所使用的直接检波式和外差式辐射计在使用中存在的不足。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括微波接收天线、极化分离器、波导微带转换器、低噪声放大器和检波器；
所述微波接收天线，用于接收待测目标的辐射或散射信号，具有同时接收至少两个极化信号的能力；
所述极化分离器，用于将所述微波接收天线接收到的信号分离；
所述波导微带转换器，用于将被分离后的极化信号传输至微带电路中；
所述低噪声放大器，用于放大被分离后的极化信号；
所述检波器，用于检测被放大后的目标信号；
所述双极化辐射计具有两个射频通道，每个所述射频通道中均依次连接有一个所述波导微带转换器、一个低噪声放大器与一个检波器；
所述微波接收天线与所述极化分离器的输入端口连接，所述波导微带转换器分别与所述极化分离器的输出端口对应连接。该适用于被动式安检仪的双极化辐射计，可以根据成像前端工作频率以及射频带宽选择微波接收天线、极化分离器、波导微带转换器、低噪声放大器和检波器的工作频率。
更进一步的，所述微波接收天线为双极化喇叭天线、圆极化喇叭天线、平面贴片天线、波导缝隙天线、偶极子天线中任一种。
更进一步的，所述极化分离器可将同一频段的信号分离成两个交叉极化的信号，并可将不同频段的信号分离成两个不同极化方向的信号。
更进一步的，所述极化分离器为Turnstile型、BФifot型或其他任何形式的正交模耦合器。
更进一步的，所述波导微带转换器为微带过渡器、鳍线过渡器、悬置微带线过渡器中任一种。
更进一步的，所述双极化辐射计的工作频率在毫米波段或太赫兹波段，这样能够很好地适用于被动式安检仪。
更进一步的，所述检波器为肖特基检波二极管或射频功率检波芯片。
更进一步的，在检测微波信号时，通过所述极化分离器对不同极化方向的目标信号进行分离，并分别传输到两个射频通道进行放大检波输出，通过将两路信号进行叠加，提高辐射计的信噪比或单独输出表征目标的各极化信息。通过极化分离器将信号进行分离，并对不同的极化信号放大检波，可得到目标信号的多个极化强度信息，也可以将不同极化输出进行叠加，提高辐射计信噪比，降低了对低噪声放大器的要求；该辐射计使用灵活，功能多样，易于集成，值得被推广使用。
更进一步的，所述低噪声放大器的全带宽增益大于40dB，噪声系数小于4dB，上述参数可以满足所述检波器的灵敏度要求。
本发明相比现有技术具有以下优点：该适用于被动式安检仪的双极化辐射计，可以根据成像前端工作频率以及射频带宽选择微波接收天线、极化分离器、波导微带转换器、低噪声放大器和检波器的工作频率；在功能上类似于全功率直接检波式辐射计，通过极化分离器将信号进行分离，并对不同的极化信号放大检波，可得到目标信号的多个极化强度信息，也可以将不同极化输出进行叠加，提高辐射计信噪比，降低了对低噪声放大器的要求；该辐射计使用灵活，功能多样，易于集成，值得被推广使用。
附图说明
图1是本发明实施例二中双极化辐射计的结构示意图；
图2是本发明实施例二中波导微带转换器的一路微带探针与波导的连接示意图；
图3是本发明实施例二中波导微带转换器的另一路微带探针与波导的连接示意图。
图中：1、微波接收天线；2、极化分离器；3、第一波导微带转换器；4、第二波导微带转换器；5、第一低噪声放大器；6、第二低噪声放大器；7、第一检波器；8、第二检波器；9、波导；10、微带探针。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例一
本实施例提供一种技术方案：一种适用于被动式安检仪的双极化辐射计，包括微波接收天线、极化分离器、波导微带转换器、低噪声放大器和检波器；
所述微波接收天线，用于接收待测目标的辐射或散射信号，具有同时接收至少两个极化信号的能力；
所述极化分离器，用于将所述微波接收天线接收到的信号分离；
所述波导微带转换器，用于将被分离后的极化信号传输至微带电路中；
所述低噪声放大器，用于放大被分离后的极化信号；
所述检波器，用于检测被放大后的目标信号；
所述双极化辐射计具有两个射频通道，每个所述射频通道中均依次连接有一个所述波导微带转换器、一个低噪声放大器与一个检波器；
所述微波接收天线与所述极化分离器的输入端口连接，所述波导微带转换器分别与所述极化分离器的输出端口对应连接。该适用于被动式安检仪的双极化辐射计，可以根据成像前端工作频率以及射频带宽选择微波接收天线、极化分离器、波导微带转换器、低噪声放大器和检波器的工作频率。
更进一步的，所述微波接收天线为双极化喇叭天线、圆极化喇叭天线、平面贴片天线、波导缝隙天线、偶极子天线中任一种。
更进一步的，所述极化分离器可将同一频段的信号分离成两个交叉极化的信号，并可将不同频段的信号分离成两个不同极化方向的信号。
更进一步的，所述极化分离器为Turnstile型、BФifot型或其他任何形式的正交模耦合器。
更进一步的，所述波导微带转换器为微带过渡器、鳍线过渡器、悬置微带线过渡器中任一种。
更进一步的，所述双极化辐射计的工作频率在毫米波段或太赫兹波段，这样能够很好地适用于被动式安检仪。
更进一步的，所述检波器为肖特基检波二极管或射频功率检波芯片。
更进一步的，在检测微波信号时，通过所述极化分离器对不同极化方向的目标信号进行分离，并分别传输到两个射频通道进行放大检波输出，通过将两路信号进行叠加，提高辐射计的信噪比或单独输出表征目标的各极化信息。通过极化分离器将信号进行分离，并对不同的极化信号放大检波，可得到目标信号的多个极化强度信息，也可以将不同极化输出进行叠加，提高辐射计信噪比，降低了对低噪声放大器的要求；该辐射计使用灵活，功能多样，易于集成，值得被推广使用。
更进一步的，所述低噪声放大器的全带宽增益大于40dB，噪声系数小于4dB，上述参数可以满足所述检波器的灵敏度要求。
实施例二
如图1所示，本实施例中的辐射计为工作在W波段(75～110GHz)双极化辐射计，包括微波接收天线1、极化分离器2、第一波导微带转换器3、第二波导微带转换器4、第一低噪声放大器5、第二低噪声放大器6、第一检波器7与第二检波器8。
本实施例的微波接收天线用于接收目标辐射或散射的信号，本实例中采用的是双极化角锥喇叭天线，馈电端口为2.54mm*2.54mm的方波导口。
本实施例的极化分离器采用的是BФifot型正交模耦合器，为三端口器件，输入端口为2.54mm*2.54mm方波导口，垂直极化输出端口与水平极化输出端口均为2.54mm*1.27mm的WR10标准波导口，插入损耗小于0.5dB，极化分离器的两个输出端口以波导口相连的方式分别与两个波导微带转换相连。
本实施例的波导微带转换器采用波导-微带探针转换结构，波导9采用WR10标准波导，如图2所示，一路为E面波导微带探针转换，如图3所示，另一路为H面波导微带探针转换，微带探针10采用的石英介质为基板，输出阻抗50ohm，全带宽范围内驻波大于20dB。
本实施例的宽带高增益低噪声放大器采用的是基于GaAspHMET工艺的高增益低噪声放大器，全带宽增益大于40dB，噪声系数小于4dB。
本实施例的检波器采用的是射频功率检波芯片，响应系数～4000mV/mW。
综上所述，上述两组实施例中的适用于被动式安检仪的双极化辐射计，可以根据成像前端工作频率以及射频带宽选择微波接收天线、极化分离器、波导微带转换器、低噪声放大器和检波器的工作频率；在功能上类似于全功率直接检波式辐射计，通过极化分离器将信号进行分离，并对不同的极化信号放大检波，可得到目标信号的多个极化强度信息，也可以将不同极化输出进行叠加，提高辐射计信噪比，降低了对低噪声放大器的要求；该辐射计使用灵活，功能多样，易于集成，值得被推广使用。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种适用于被动式安检仪的双极化辐射计，其特征在于：包括微波接收天线、极化分离器、波导微带转换器、低噪声放大器和检波器；
所述微波接收天线，用于接收待测目标的辐射或散射信号，具有同时接收至少两个极化信号的能力；
所述极化分离器，用于将所述微波接收天线接收到的信号分离；
所述波导微带转换器，用于将被分离后的极化信号传输至微带电路中；
所述低噪声放大器，用于放大被分离后的极化信号；
所述检波器，用于检测被放大后的目标信号；
所述双极化辐射计具有两个射频通道，每个所述射频通道中均依次连接有一个所述波导微带转换器、一个低噪声放大器与一个检波器；
所述微波接收天线与所述极化分离器的输入端口连接，所述波导微带转换器分别与所述极化分离器的输出端口对应连接；
所述双极化辐射计的工作频率在毫米波段或太赫兹波段范围内；
所述极化分离器为BФifot型正交模耦合器。
2.根据权利要求1所述的一种适用于被动式安检仪的双极化辐射计，其特征在于：所述微波接收天线为双极化喇叭天线、圆极化喇叭天线、平面贴片天线、波导缝隙天线、偶极子天线中任一种。
3.根据权利要求1所述的一种适用于被动式安检仪的双极化辐射计，其特征在于：所述极化分离器能将同一频段的信号分离成两个交叉极化的信号，并能将不同频段的信号分离成两个不同极化方向的信号。
4.根据权利要求1所述的一种适用于被动式安检仪的双极化辐射计，其特征在于：所述波导微带转换器为微带过渡器、鳍线过渡器、悬置微带线过渡器中任一种。
5.根据权利要求1所述的一种适用于被动式安检仪的双极化辐射计，其特征在于：所述检波器为肖特基检波二极管或射频功率检波芯片。
6.根据权利要求1所述的一种适用于被动式安检仪的双极化辐射计，其特征在于：在检测微波信号时，通过所述极化分离器对不同极化方向的目标信号进行分离，并分别传输到两个射频通道进行放大检波输出，通过将两路信号进行叠加，提高辐射计的信噪比或单独输出表征目标的各极化信息。
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