CN113671264A - 一种开关式多通道辐射计 - Google Patents
一种开关式多通道辐射计 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113671264A CN113671264A CN202110744794.2A CN202110744794A CN113671264A CN 113671264 A CN113671264 A CN 113671264A CN 202110744794 A CN202110744794 A CN 202110744794A CN 113671264 A CN113671264 A CN 113671264A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- broadband
- radiometer
- antenna array
- switch
- matrix
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims abstract description 10
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 7
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 3
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 9
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
- G01R29/0864—Measuring electromagnetic field characteristics characterised by constructional or functional features
- G01R29/0878—Sensors; antennas; probes; detectors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radiation Pyrometers (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
本发明公开了一种开关式多通道辐射计，属于电磁波检测领域，包括接收天线阵列、信号匹配转换器、宽带开关复用矩阵、宽带功率检波器与积分电路。本发明可以根据成像前端的工作频率及带宽选择接收天线阵列、信号匹配转换器、宽带低噪声放大器、宽带开关矩阵、宽带功率检波器的工作频段；其中宽带低噪声放大器和宽带开关矩阵可实现多功能单芯片集成设计，可进一步提高集成度；可根据需求合理选择复用通道数，并以一体化设计单元进行更多通道的组阵应用，由于进行了通道复用，降低了辐射计本身的复杂度和成本，同时减少了辐射计后端的数据采集通道的数量，进一步降低了系统的成本和复杂度；既可以适用于直接式辐射计，也可以适用于超外差式辐射计。
Description
技术领域
本发明涉及电磁波检测技术领域，具体涉及一种开关式多通道辐射计。
背景技术
辐射计是一种用于检测电磁波信号的高灵敏度、高分辨率接收机。1946年，狄克首先研制了第一台测量电磁波辐射的装置，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架构的辐射计，如零平衡性辐射计、双参考温度辐射计、相关型辐射计、扫描型辐射计等。上述的各种辐射计都能实现对电磁波功率的检测，但是均存在一定的不足。国外辐射计理论研究较早，在射电天文、微波成像等方面已取得一定的成就。在美国，诸多科研院校都在大力发展太赫兹辐射计技术，尤其是一些美国国家实验室，从上个世纪90年代中期开始对太赫兹辐射计技术研究进行大规模的投入。美国已有超过10家企业，如美国Millitech、Millivision公司以及弗吉尼亚大学，在太赫兹辐射计相关技术开发方面取得进展。在欧洲，如爱尔兰Farran公司、英国卢瑟福实验室(RAL)、瑞典查尔姆斯理工大学等都开展了大量研究。他们的辐射计一般多采用超外差式和直接检波式两种结构。虽能保证良好的探测性能，但复杂的结构、高昂的成本难以满足产业化需求。
辐射计的典型应用主要包括军事探测、气象探测、太空探测等领域，近年来随着太赫兹技术的发展，在人体安检领域，人们开始使用太赫兹辐射计进行人体的被动式成像技术研究及产业化。辐射计在军事、气象等领域的应用，以最佳性能为目标，辐射计的技术方案通常不考虑复杂性和成本，例如典型的全功率辐射计和迪克辐射计。而在人体安检领域，整机的性价比是产业化推广必须首要考虑的问题。太赫兹人体安检设备推广亟需解决多通道、小型化、低成本的问题。因此，提出一种开关式多通道辐射计。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：如何解决常规直检式或者超外差式辐射计在成本以及多通道阵列集成设计的体积上的不足，着力于降低被动式、主被动结合形式的太赫兹成像前端辐射计的成本，提高多通道阵列辐射计的集成度，提供了一种开关式多通道辐射计。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括接收天线阵列、信号匹配转换器、宽带开关复用矩阵、宽带功率检波器与积分电路；
所述接收天线阵列，用于接收目标辐射或散射的电磁波信号；
所述信号匹配转换器，用于将所述接收天线阵列接收的电磁波信号由天线匹配过渡到微带传输线上；
所述宽带开关矩阵，用于实现辐射计通道复用；
所述宽带功率检波器，用于检测接收和放大后的目标信号；
所述积分电路，用于实现检波后信号的放大、滤波及波形变换；
所述接收天线阵列、所述信号匹配转换器、所述宽带开关复用矩阵、所述宽带功率检波器、所述积分电路依次连接。
更进一步地，所述开关式多通道辐射计还包括两组宽带低噪声放大器，其中一组所述宽带低噪声放大器的数量为多个，每个均设置在所述信号匹配转换器与所述宽带开关复用矩阵之间；另一组所述宽带低噪声放大器的数量至少为一个，设置在所述宽带开关复用矩阵与所述宽带功率检波器之间。
更进一步地，所述开关式多通道辐射计的工作频段为毫米波或太赫兹频段。
更进一步地，所述接收天线阵列的形式为口径天线阵列、微带天线阵列、半导体片上天线阵列、透镜天线阵列中任一种。
更进一步地，所述信号匹配转换器的形式为波导微带转换器、微带匹配结构、基片集成波导微带转换器中任一种。
更进一步地，所述宽带低噪声放大器的输入输出端口为非平衡单端端口或平衡差分端口。
更进一步地，所述宽带开关复用矩阵为机械式射频开关矩阵或电子式射频开关矩阵，复用通道数N≥2。
更进一步地，所述宽带功率检波器为检波二极管或检波芯片。
更进一步地，所述积分电路为集成电路或分立元件构成的放大和信号调理电路。
更进一步地，所述宽带低噪声放大器和宽带开关复用矩阵为单功能芯片组合形式或多功能芯片集成形式。
本发明相比现有技术具有以下优点：该开关式多通道辐射计，可以根据成像前端的工作频率及带宽选择接收天线阵列、信号匹配转换器、宽带低噪声放大器、宽带开关矩阵、宽带功率检波器的工作频段；其中宽带低噪声放大器和宽带开关矩阵可实现多功能单芯片集成设计，可进一步提高集成度；可根据需求合理选择复用通道数，进行一体化设计，并以一体化设计单元进行更多通道的组阵应用，由于进行了通道复用，降低了辐射计本身的复杂度和成本，同时减少了辐射计后端的数据采集通道的数量，进一步降低了系统的成本和复杂度；既可以适用于直接式辐射计，也可以适用于超外差式辐射计。
附图说明
图1是本发明实施例二中开关式多通道辐射计的结构示意图。
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：一种开关式多通道辐射计，包括依次连接的太赫兹接收天线阵列、信号匹配转换器、宽带低噪声放大器、宽带开关复用矩阵，宽带功率检波器，积分电路；
所述接收天线阵列，用于接收目标辐射或散射的电磁波信号；
所述信号匹配转换器，用于将接收天线阵列接收的电磁波信号由天线匹配过渡到微带传输线上；
所述宽带低噪声放大器，用于放大目标信号的幅度；
所述宽带开关矩阵，用于实现辐射计通道复用；
所述宽带功率检波器，用于检测接收和放大后的目标信号；
所述积分电路，用于实现检波后信号的放大、滤波及波形变换。
所述开关式多通道辐射计的工作频段为毫米波或太赫兹频段。
所述接收天线阵列，其形式包括但不限于口径天线阵列、微带天线阵列、半导体片上天线阵列、透镜天线阵列等。
所述信号匹配转换器，其形式为包括但不限于波导微带转换器、微带匹配结构、基片集成波导微带转换器等，其具体形式取决于天线阵列的形式。
所述波导微带转换器，其结构形式包括但不限于微带过渡结构、鳍线过渡结构、悬置线过渡结构等。
所述基片集成波导微带转换器，其包括单层与多层介质形式的转换结构。
所述宽带低噪声放大器的输入输出端口既可以是非平衡单端端口，也可以是平衡差分端口。
所述宽带开关复用矩阵为机械式射频开关矩阵或者电子式射频开关矩阵，复用通道数N≥2。
所述宽带功率检波器为检波二极管或者检波芯片。
所述二极管或者检波芯片的类型包含但不限于肖特基二极管、InP、GaAs等半导体类型二极管及芯片。
所述积分电路为集成电路或者分立元件构成的放大和信号调理电路。
所述宽带低噪声放大器和宽带开关复用矩阵可以是单功能芯片组合形式也可是多功能芯片集成形式。
所述宽带低噪声放大器，可以是单一宽带放大器或模块，也可是具有下变频和放大功能的单元和模块。
所述开关式多通道辐射计的应用范围包括但不限于安检领域和探测领域。
实施例二
如图1所示，本实施例的辐射计为工作频段在W频段(75～110GHz)的直检式成像前端辐射计，包括接收天线阵列1、信号匹配转换器2、宽带低噪声放大器3、宽带开关复用矩阵4，宽带低噪声放大器5，宽带功率检波器6，积分电路7。
本实施例的接收天线阵列1用来接收目标辐射或散射的电磁波信号，本实施例中采用角锥喇叭天线阵列，馈电端口为WR10，增益为22dB，旁瓣电平抑制为20dB。
本实施例的信号匹配转换器2采用波导微带过渡结构，采用微带探针从标准WR10波波导的E面中心插入，微带探针基板采用厚度为127um的石英基板，输出阻抗匹配至50欧姆，全频带驻波＜1.1。
本实施例的宽带低噪声放大器3、5均为基于GaAs pHEMT工艺高增益低噪声放大器，全频带增益＞20dB，噪声系数＜3dB。
本实施例的宽带开关复用矩阵4，用来实现通道的分时复用，通过对开关矩阵控制位的时序控制实现通道的高速切换，本实施例中采用InP工艺的PIN二极管SP4T开关，实现4通道复用，开关速度＜10ns，全频带插入损耗＜3dB。
本实施例的宽带功率检波器6为肖特基二极管检波器，二极管截止频率～3THz，响应系数～4000mV/mW，视频输出带宽＞10MHz。
本实施例的积分电路7，用来对检波电压进行放大、滤波和调理，本实施例中电压放大倍数2，积分带宽20kHz。
综上所述，上述实施例的开关式多通道辐射计，可以根据成像前端的工作频率及带宽选择接收天线阵列、信号匹配转换器、宽带低噪声放大器、宽带开关矩阵、宽带功率检波器的工作频段；其中宽带低噪声放大器和宽带开关矩阵可实现多功能单芯片集成设计，可进一步提高集成度；可根据需求合理选择复用通道数，进行一体化设计，并以一体化设计单元进行更多通道的组阵应用，由于进行了通道复用，降低了辐射计本身的复杂度和成本，同时减少了辐射计后端的数据采集通道的数量，进一步降低了系统的成本和复杂度；既可以适用于直接式辐射计，也可以适用于超外差式辐射计。
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 (10)
1.一种开关式多通道辐射计，其特征在于：包括接收天线阵列、信号匹配转换器、宽带开关复用矩阵、宽带功率检波器与积分电路；
所述接收天线阵列，用于接收目标辐射或散射的电磁波信号；
所述信号匹配转换器，用于将所述接收天线阵列接收的电磁波信号由天线匹配过渡到微带传输线上；
所述宽带开关矩阵，用于实现辐射计通道复用；
所述宽带功率检波器，用于检测接收和放大后的目标信号；
所述积分电路，用于实现检波后信号的放大、滤波及波形变换；
所述接收天线阵列、所述信号匹配转换器、所述宽带开关复用矩阵、所述宽带功率检波器、所述积分电路依次连接。
2.根据权利要求1所述的一种开关式多通道辐射计，其特征在于：所述开关式多通道辐射计还包括两组宽带低噪声放大器，其中一组所述宽带低噪声放大器的数量为多个，每个均设置在所述信号匹配转换器与所述宽带开关复用矩阵之间；另一组所述宽带低噪声放大器的数量至少为一个，设置在所述宽带开关复用矩阵与所述宽带功率检波器之间。
3.根据权利要求2所述的一种开关式多通道辐射计，其特征在于：所述开关式多通道辐射计的工作频段为毫米波或太赫兹频段。
4.根据权利要求3所述的一种开关式多通道辐射计，其特征在于：所述接收天线阵列的形式为口径天线阵列、微带天线阵列、半导体片上天线阵列、透镜天线阵列中任一种。
5.根据权利要求4所述的一种开关式多通道辐射计，其特征在于：所述信号匹配转换器的形式为波导微带转换器、微带匹配结构、基片集成波导微带转换器中任一种。
6.根据权利要求5所述的一种开关式多通道辐射计，其特征在于：所述宽带低噪声放大器的输入输出端口为非平衡单端端口或平衡差分端口。
7.根据权利要求6所述的一种开关式多通道辐射计，其特征在于：所述宽带开关复用矩阵为机械式射频开关矩阵或电子式射频开关矩阵，复用通道数N≥2。
8.根据权利要求7所述的一种开关式多通道辐射计，其特征在于：所述宽带功率检波器为检波二极管或检波芯片。
9.根据权利要求8所述的一种开关式多通道辐射计，其特征在于：所述积分电路为集成电路或分立元件构成的放大和信号调理电路。
10.根据权利要求9所述的一种开关式多通道辐射计，其特征在于：所述宽带低噪声放大器和宽带开关复用矩阵为单功能芯片组合形式或多功能芯片集成形式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110744794.2A CN113671264A (zh) | 2021-07-01 | 2021-07-01 | 一种开关式多通道辐射计 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110744794.2A CN113671264A (zh) | 2021-07-01 | 2021-07-01 | 一种开关式多通道辐射计 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113671264A true CN113671264A (zh) | 2021-11-19 |
Family
ID=78538375
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110744794.2A Pending CN113671264A (zh) | 2021-07-01 | 2021-07-01 | 一种开关式多通道辐射计 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113671264A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116780209A (zh) * | 2023-07-18 | 2023-09-19 | 中国人民解放军军事科学院系统工程研究院 | 一种可应用于毫米波产品的一体化收发天线 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101154978A (zh) * | 2006-09-29 | 2008-04-02 | 宣德科技股份有限公司 | 一种无线通讯接收器及其接收方法 |
| CN103178893A (zh) * | 2011-12-21 | 2013-06-26 | 韩国电子通信研究院 | 多信道波束扫描接收机 |
| CN107479054A (zh) * | 2017-06-20 | 2017-12-15 | 华东理工大学 | 基于单射频接收阵列的综合孔径辐射计 |
| CN108490271A (zh) * | 2018-02-27 | 2018-09-04 | 西南交通大学 | 一种分布式高铁沿线电磁干扰实时监测装置及其方法 |
| CN109521490A (zh) * | 2018-11-12 | 2019-03-26 | 北京航空航天大学 | 一种可实现模拟波束赋形的毫米波阵列辐射计前端 |
| CN109521491A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-03-26 | 博微太赫兹信息科技有限公司 | 一种调制型直接检波式成像前端辐射计 |
| CN110726882A (zh) * | 2019-10-15 | 2020-01-24 | 博微太赫兹信息科技有限公司 | 一种适用于被动式安检仪的双极化辐射计 |
| CN111372280A (zh) * | 2018-12-26 | 2020-07-03 | 是德科技股份有限公司 | 用于确定基站的波束动态特性和多用户性能的系统和方法 |
-
2021
- 2021-07-01 CN CN202110744794.2A patent/CN113671264A/zh active Pending
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101154978A (zh) * | 2006-09-29 | 2008-04-02 | 宣德科技股份有限公司 | 一种无线通讯接收器及其接收方法 |
| CN103178893A (zh) * | 2011-12-21 | 2013-06-26 | 韩国电子通信研究院 | 多信道波束扫描接收机 |
| CN107479054A (zh) * | 2017-06-20 | 2017-12-15 | 华东理工大学 | 基于单射频接收阵列的综合孔径辐射计 |
| CN108490271A (zh) * | 2018-02-27 | 2018-09-04 | 西南交通大学 | 一种分布式高铁沿线电磁干扰实时监测装置及其方法 |
| CN109521490A (zh) * | 2018-11-12 | 2019-03-26 | 北京航空航天大学 | 一种可实现模拟波束赋形的毫米波阵列辐射计前端 |
| CN109521491A (zh) * | 2018-12-25 | 2019-03-26 | 博微太赫兹信息科技有限公司 | 一种调制型直接检波式成像前端辐射计 |
| CN111372280A (zh) * | 2018-12-26 | 2020-07-03 | 是德科技股份有限公司 | 用于确定基站的波束动态特性和多用户性能的系统和方法 |
| CN110726882A (zh) * | 2019-10-15 | 2020-01-24 | 博微太赫兹信息科技有限公司 | 一种适用于被动式安检仪的双极化辐射计 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116780209A (zh) * | 2023-07-18 | 2023-09-19 | 中国人民解放军军事科学院系统工程研究院 | 一种可应用于毫米波产品的一体化收发天线 |
| CN116780209B (zh) * | 2023-07-18 | 2024-02-27 | 中国人民解放军军事科学院系统工程研究院 | 一种可应用于毫米波产品的一体化收发天线 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102843159B (zh) | 一种微波高光谱接收机及方法 | |
| CN110190861A (zh) | 毫米波宽带接收机 | |
| CN113671264A (zh) | 一种开关式多通道辐射计 | |
| EP3041135A1 (en) | Active balun and monolithic microwave integrated circuit incorporating the same for ultra-wide band reception | |
| CN110726882B (zh) | 一种适用于被动式安检仪的双极化辐射计 | |
| CN112993507B (zh) | 小型化t型分支波导宽带功分器 | |
| CN114050791A (zh) | 一种多倍频程宽带变频组件 | |
| CN109521491A (zh) | 一种调制型直接检波式成像前端辐射计 | |
| Kawano et al. | RF Chipset for Impulse UWB Radar Using 0.13-$\mu {\hbox {m}} $ InP-HEMT Technology | |
| CN203554425U (zh) | 直接检波式微小型化、模块化低噪声辐射计接收机系统 | |
| CN113381779B (zh) | 超宽带接收机 | |
| CN105680804B (zh) | K波段级间失配型低噪声放大器 | |
| EP4087124A1 (en) | Power amplifier | |
| CN110829991B (zh) | 一种新型平面集成无线中继器 | |
| CN103178893A (zh) | 多信道波束扫描接收机 | |
| CN212341452U (zh) | 一种相控阵天气雷达及其收发模块 | |
| CN210323204U (zh) | 一种多通道k波段辐射计接收机 | |
| CN208849752U (zh) | 一种毫米波接收机 | |
| CN207181669U (zh) | 一种3mm微波宽带低噪声放大器 | |
| CN213937881U (zh) | 十二通道毫米波直接检波式接收机 | |
| CN221149356U (zh) | 一种量子器件及量子比特信号的读出系统 | |
| CN111914976A (zh) | 一种新型复合式uwb电子标签 | |
| Jameson et al. | A fully integrated high gain 85–106 GHz packaged receiver module in CMOS 65 nm for FMCW radar | |
| Budka et al. | A 75 GHz to 115 GHz quasi-optical amplifier | |
| CN113739931B (zh) | 一种基于零反射网络的辐射计 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |