CN202393911U - 直放式毫米波交流成像辐射计 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直放式毫米波交流成像辐射计，包括依次连接的3mm波段天线、3mm波段射频低噪声放大器、检波电路、选通低频放大器、MSP单片机采样与扫描控制电路；本实用新型省去了匹配负载和3mm开关及复杂的同步检波电路，具有更加简单的电路结构，具有更短的积分时间以及更低的成本。

Description

直放式毫米波交流成像辐射计

技术领域

本实用新型属于毫米波运用领域，特别是一种直放式毫米波成像辐射计。

背景技术

毫米波、亚毫米波被动成像的最主要困难就在于自然界的各种物体所辐射的毫米波、亚毫米波能量太微弱，通常只有微微瓦级甚至更低，而自然界的各种干扰及接收机自身的噪声远远高于有用信号的能量。因此，如何从被噪声淹没信号中检出有用信息是一个很大的挑战。由于自然物的辐射无法改变，因此根本的方法就是要努力提高接收机的灵敏度，例如尽量对信号进行前置低噪声放大、尽量减小系统本身的增益起伏、降低系统噪声等等。

毫米波辐射计输出起伏由系统噪声不确定性和系统增益不确定性决定，一般后者比前者要大两个数量级，因而系统增益的被动起决定性作用。一般来说，采用高性能的微波器件和增加检波前带宽可以将辐射计的灵敏度提高到满足各种实际应用要求的水平。但对微波辐射计而言，系统电路类型的突破性改进比较困难。长期以来，人们一直采用各种办法来减少和消除系统增益起伏和本机噪声不确定性的影响。主要采取如下方法：

首先，目前国内外应用的大多是直流体制的辐射计，在全功率微波辐射计的基础上，1946年Dicke研制出Dicke辐射计。Dicke辐射计为消除本机增益起伏的影响，采用单刀双掷微波开关，使接收机输入端交替地接到天线端口和参考源端口。在平方律检波后进行相关检波和相减处理，大大减少了增益起伏的影响，使微波辐射计走向实用化。但这种方法只有在天线温度同参考源温度相等时，才能全部消除接收机增益起伏的影响。其它如采用脉冲调制的恒流源开关直接调制固态噪声源，实现脉冲噪声注入的零平衡工作方式，并为此研制了一种高稳定的脉冲调制恒流源开关；采用整体恒温结构，保证辐射计的环境温度稳定不变仅等于参考负载温度。这样可消除由于前端损耗及反射的存在和变化而引起的测量误差，进一步提高系统的绝对精度；且由于整机电路和器件工作于恒温环境中，可保证系统工作性能稳定可靠。但其硬件系统也比较复杂。

目前有两种方式检测天线接收的信号，即超外差式和直接检波式，超外差式是比较传统的结构，它的射频信号可能经过或不经过放大，但都会进入混频器下变频到中频信号后再进行放大检波等处理；而直接检波式接收机接收的信号经过低噪声放大器后直接检波。通常直流辐射计为了抵消机内直流噪声，需要采用迪克比较式、周期定标式或者注入噪声式得辐射计体制，成像系统需要增加定标负载及冷热噪声源。而交流辐射计利用交流能量来获取目标的信息，有自己独特的定标方式，独特的图像解读与处理方式。

另外，已有的3mm波段交流辐射计均是采用混频模式，采用混频模式噪声系数9dB，成像质量较差。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种避开了机内的直流噪声，省去了匹配负载和3mm开关及复杂的同步检波电路，具有更加简单的电路结构，具有更短的积分时间以及更低的成本和测试系统的毫米波交流成像辐射计。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种直放式毫米波交流成像辐射计，包括依次连接的3mm波段天线、3mm波段射频低噪声放大器、检波电路、选通低频放大器、MSP单片机采样与扫描控制电路。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点：

（1）交流能量体制获取目标信息：与通常的直流辐射计信息相比，交流辐射计信息同样包含了目标的几何尺寸，材质特征等信息，利用交流体制同样可以获取目标的信息图像。

（2）集成系统结构简单：与直流辐射计相比，交流辐射计避开了机内直流噪声，减去了复杂的比较及同步检波电路；具有非常简单的电路形式，易于集成实现焦平面阵列成像。

（3）独特的信息解读方法：交流能量信息与直流能量信息既有区别又有联系，都是获取目标信息的重要方式，具有动态特征的交流辐射计信息不仅开辟了新的信息获取方式，还具有自己独特的判读和解释方式。

（4）与混频式交流辐射计相比，直放式交流辐射计具有更低的噪声系数，减少了本振电路和混频电路，具有更好地焦平面系统集成性和一致性；混频式交流辐射计噪声系数大于9dB；而直放式交流辐射计的噪声系数小于4dB。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是毫米波交流成像辐射计的结构图。

具体实施方式

本实用新型采用的交流成像辐射计的主要技术参数如下：工作波段3mm波段，低噪放带宽为10GHz，天线600mm，波束宽度0.4，低放增益为35dB，带宽大于2GHz。系统工作波波长为3.2mm。

系统连接步骤如下：首先被测人员及背景信息经3mm波段天线接收，然后进入到3mm波段射频低噪声放大器放大后进入检波电路，经过选通低频放大器隔去直流分量；接着经MSP单片机采样与扫描控制电路，完成采样，为成像提供数据。

系统中的选通低频放大器是区别于通常直流辐射计的重要特征，与通常直流辐射计的低频放大器不同，交流成像辐射计的选通低频放大器的带宽既要满足扫描系统的速度与积分时间的要求，而且交流成像辐射计的带宽上限和下限必须满足隔去直流噪声和直流信息的要求，又能满足保持扫描目标交流信息的要求。而且，与通常交流辐射计的目标信号检测相比，系统中的选通低频放大器是成像交流成像辐射计的积分时间相对较长。

选通低频放大器的作用是隔去获取的图像信息的直流分量，保留交流信息，必须保证选通低频放大器的频率范围与扫描速度相匹配，而且选通低频放大器的频带下限在0.5Hz，频带的上限选在220Hz。

3mm波段射频低噪放，比通常的混频式毫米波辐射计减少了体积和结构，具有更低的系统噪声系数。而且在制作和开发大规模焦平面阵列时，避免了因混频器产生的通道之间的电磁干扰，从技术上使焦平面阵列通道之间的一致性较为容易保证。

保证。

Claims (3)

1.一种直放式毫米波交流成像辐射计，其特征在于，包括依次连接的3mm波段天线、3mm波段射频低噪声放大器、检波电路、选通低频放大器、MSP单片机采样与扫描控制电路。

2.根据权利要求1所述的一种直放式毫米波交流成像辐射计，其特征在于，选通低频放大器频带下限在0.5Hz。

3.根据权利要求1所述的一种直放式毫米波交流成像辐射计，其特征在于，选通低频放大器频带的上限选在220Hz。

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