CN210442503U - 一种基于3mm波段的毫米波成像系统 - Google Patents

Abstract

一种基于3mm波段的毫米波成像系统，所述系统包括毫米波收发模块、AD采集模块、主控模块、显示模块和控制面板，所述运行该系统的设备包括天线阵列、天线阵子、主控制仓、电池仓、天线背框、显示区、控制面板。本实用新型通过优化结构布局、减小关键毫米波元件的尺寸等方面，实现了设备的小型化和便携化。

Description

一种基于3mm波段的毫米波成像系统

技术领域

本发明属于毫米波成像技术领域，具体涉及一种基于3mm波段的毫米波成像系统。

背景技术

毫米波是一种波长为1～10毫米的电磁波，其具有较好的穿透性、反射性及较高的空间分辨率。毫米波能轻易地穿透织物、非金属纸盒、各类箱包等，对由铁、钢、铝合金等金属材料制成的刀具、匕首、铁棍、雨伞杆等具有较强的反射性，且很容易被液体吸收。因此，毫米波成像技术被广泛应用于人员安检、飞机着陆导航等领域。

随着毫米波成像技术的发展，市场出现了利用大型毫米波元器件阵列对目标物体进行扫描成像的设备或者系统。第一种是采用大规模检波接收阵列，在较大面积上均匀布满接收模块，这样成像分辨率较高，但由于成像像素点较多，运算分析量较大，因而成像速度较慢；第二种是采用较小规模的检波接收线性阵列，辅以机械转动机构，利用空间换时间，实现利用比第一种方法少得多的接受检波器数量实现成像速度。但是这两种成像装置都存在成像速度慢，运算量巨大，功耗大，体积大，不易做成便携形式。

为此，期望寻求一种技术方案，以解决上述问题。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种基于3mm波段的毫米波成像系统，通过优化结构布局、减小关键毫米波元件的尺寸等方面，实现了设备的小型化和便携化。

本发明的基于3mm波段的毫米波成像系统是通过如下技术方案实现的：

一种基于3mm波段的毫米波成像系统，包括毫米波收发模块、AD采集模块、主控模块、显示模块和控制面板，所述毫米波收发模块的输出端与AD采集模块输入端相连接，所述AD采集模块的输出端与主控模块的输入端相连接，所述主控模块的输出端与显示模块的输入端相连接，所述控制面板与毫米波收发模块的FPGA倍频信号源相连接，用于下发启动成像指令给FPGA信号源，所述控制面板还与主控模块相连接，用于下发数据读取指令给主控模块，进而读取高速缓冲存储器中缓存的数据。

进一步的，所述毫米波收发模块包括FGPA倍频信号源、发射信号放大滤波单元、双工器、上行耦合器、下行耦合器、微带天线阵列、接收信号放大滤波单元、晶振、多级混频电路，所述双工器包括输入端口、输出端口和双向端口，所述FGPA倍频信号源的输出端与发射信号放大滤波单元的输入端相连，所述发射信号放大滤波单元的输出端与双工器的输入端口相连，所述双工器的双向端口与上行耦合器模块输入端相连，所述上行耦合器的输出端与微带天线阵列的输入端相连，所述微带天线阵列的输出端与下行耦合器的输入端连接，所述下行耦合器的输出端与双工器的双向端口连接，所述双工器的输出端口与接收信号放大滤波单元的输入端相连，所述接收信号放大滤波单元的输出端与多级混频电路中的第一混频器输入端相连，所述晶振的输出端也与多级混频电路中的第一混频器输入端相连。

进一步的，所述AD采集模块包括高速AD和高速缓冲存储器，所述高速AD的输入端与第三混频器的输出端相连，所述高速AD的输出端与高速缓冲存储器的输入端相连，所述高速缓冲存储器的输出端与主控模块的输入端相连。

进一步的，所述主控模块主要包括主控芯片、主控芯片电压管理芯片、接口芯片，所述主控芯片主要运行图像处理算法程序，所述图像处理算法程序主要对所述AD采集模块采样的数据进行处理，所述主控芯片电压管理芯片主要输出主控芯片的工作电压，保证所述主控芯片正常工作；所述接口芯片主要包括所述AD高速采样接口，用于接收AD高速采样的数据，包括显示驱动接口，用与驱动显示模块成像。

进一步的，所述发射信号放大滤波单元包括发射信号放大器和发射信号滤波器，所述接收信号放大滤波单元包括接收信号放大器和接收信号滤波器；所述发射信号放大器的输入端与FGPA倍频信号源的输出端相连，所述发射信号放大器的输出端与发射信号滤波器的输入端相连，所述发射信号滤波器的输出端与双工器的输入端口相连；所述接收信号放大器的输入端与双工器的输出端口相连，所述接收信号放大器的输出端与接收信号滤波器的输入端相连，所述接收信号滤波器的输出端与多级混频电路中的第一混频器输入端相连。

进一步的，所述多级混频电路包括第一混频器、第一放大滤波单元、第二混频器、第二放大滤波单元、第三混频器、第三放大滤波单元；所述第一放大滤波单元包括第一放大器和第一滤波器，所述第二放大滤波单元包括第二放大器和第二滤波器，所述第三放大滤波单元包括第三放大器和第三滤波器；所述第一混频器的信号输出端与第一放大器的信号输入端相连，所述第一放大器的输出端与第一滤波器的输入端相连，所述第一滤波器的输出端与第二混频器的输出端相连，第二混频器的输出端与第二放大器的输入端相连，所述第二放大器的输出端与第二滤波器的输入端相连，所述第二滤波器的输出端与第三混频器的输入端相连，所述第三混频器的输出端与第三放大器的输入端相连，所述第三放大器的输出端与所述第三滤波器的输入端相连，所述第三滤波器的的输出端与高速AD的输入端相连。

进一步的，所述多级混频电路中的各级混频器均为同相正交混频器。

本发明的有益技术效果如下：所述的基于3mm波段的毫米波成像系统及其设备对系统关键部分进行了小型化设计，对设备的体积进行了小型化设计。所述系统主要包括紧凑型毫米波收发模块、小型化高速AD采集模块、主控模块以及显示模块。所述设备通过对收纳展开过程中各种元器件的相对位置变化，对整机结构进行了外形以及连接形式优化，使得设备的外形体积大大减小；毫米波收发模块作为核心功能，在本方案中采用了极为紧凑的屏蔽、滤波和功率网络模块，结合高密度电子元件布局的多层板设计；AD采集模块采用了板卡结构，集中布局；主控模块对采样的AD数据处理后可以提取不同的频谱特征，并形成初步的灰度图像。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图1为本发明系统各模块的连接框图。

附图2为本发明系统各部件的连接框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如附图1-2所示，一种基于3mm波段的毫米波成像系统，包括毫米波收发模块、AD采集模块、主控模块、显示模块和控制面板，所述毫米波收发模块的输出端与AD采集模块输入端相连接，所述AD采集模块的输出端与主控模块的输入端相连接，所述主控模块的输出端与显示模块的输入端相连接，所述控制面板与毫米波收发模块的FPGA倍频信号源相连接，用于下发启动成像指令给FPGA信号源，所述控制面板还与主控模块相连接，用于下发数据读取指令给主控模块，进而读取高速缓冲存储器中缓存的数据。

所述毫米波收发模块包括FGPA倍频信号源、发射信号放大滤波单元、双工器、上行耦合器、下行耦合器、微带天线阵列、接收信号放大滤波单元、晶振、多级混频电路，所述发射信号放大滤波单元包括发射信号放大器与发射信号滤波器，所述接收信号放大滤波单元包括接收信号放大器与接收信号滤波器，所述多级混频电路包括第一混频器、第一放大滤波单元、第二混频器、第二放大滤波单元、第三混频器、第三放大滤波单元；所述第一放大滤波单元包括第一放大器和第一滤波器，所述第二放大滤波单元包括第二放大器和第二滤波器，所述第三放大滤波单元包括第三放大器和第三滤波器，所述双工器包括输入端口、输出端口和双向端口，所述多级混频电路中的各级混频器均为同相正交混频器。

所述AD采集模块包括高速AD和高速缓冲存储器，所述主控模块主要包括主控芯片、主控芯片电压管理芯片、接口芯片，所述主控芯片主要运行图像处理算法程序，所述图像处理算法程序主要对所述AD采集模块采样的数据进行处理，所述主控芯片电压管理芯片主要输出主控芯片的工作电压，保证所述主控芯片正常工作；所述接口芯片主要包括所述AD高速采样接口，用于接收AD高速采样的数据，包括显示驱动接口，用与驱动显示模块成像。

所述FGPA倍频信号源的输出端与发射信号放大器的输入端相连，所述发射信号放大器的输出端与发射信号滤波器的输入端相连，所述发射信号滤波器的输出端与双工器的输入端口连接，所述双工器的双向端口与上行耦合器的输入端连接，所述上行耦合器的输出端与微带天线阵列的输入端连接，所述微带天线阵列的输出端与下行耦合器的输入端连接，所述下行耦合器的输出端与双工器的双向端口连接，所述双工器的输出端口与接收信号放大器的输入端相连，所述接收信号放大器的输出端与接收信号放大器的输入端相连，所述接收信号放大器的输出端以及所述晶振的输出端与多级混频电路中的第一混频器的输入端相连，所述第一混频器的输出端与第一放大器的输入端相连，所述第一放大器的输出端与第一滤波器的输入端相连，所述第一滤波器的输出端与第二混频器的输入端相连，第二混频器的输出端与第二放大器的输入端相连，所述第二放大器的输出端与第二滤波器的输入端相连，所述第二滤波器的输出端与第三混频器的输入端相连，所述第三混频器的输出端与第三放大器的输入端相连，所述第三放大器的输出端与所述第三滤波器的输入端相连，所述第三滤波器的的输出端与AD采集模块中的高速AD的输入端相连，所述高速AD的输出端与高速缓冲存储器的输入端相连，所述高速缓冲存储器的输出端与主控模块的输入端相连，所述主控模块的输出端与显示模块的输入端相连。

所述双工器允许信号双向通过，可以允许发射信号通过所述双工器进入微带天线阵列；可以允许接收信号通过所述双工器接收进入接收信号放大滤波单元，保证发射信号和接收信号相隔离，所述阵列天线通过双工器实现收发共用。

本系统的具体工作原理为：装置上电后，主控模块运行主程序，通过控制面板下发启动成像指令给FPGA倍频信号源，FPGA倍频信号源接收到启动指令后，产生初始信号并内部倍频到发射信号频率后输出，输出的发射信号进入发射信号放大滤波单元，所述发射信号放大滤波单元对发射信号进行功率放大，并滤除目标频带以外的信号后输出，输出的发射信号进入双工器，双工器上行输出信号到上行耦合器，生成耦合发射信号并进入微带天线阵列，所述微带天线阵列将输入的耦合发射信号转化为电磁波，照射到目标被测物体上，目标被测物体将照射到其上的电磁波进行反射，反射信号被微带天线阵列接收后转化为电流信号并输出，进入下行耦合器生成耦合接收信号并输出，经过双工器进入到接收信号放大滤波单元，对信号进行放大并进行杂波的滤除，所述接收信号经过放大滤波后，进入多级混频电路；所述晶振产生本振信号，所述本振信号与接收信号放大滤波单元输出的接收信号在第一混频器中进行混频，生成第一中频信号并输出，输出的第一中频信号依次经过第一放大器、第一滤波器进行放大滤波，然后进入第二混频器生成第二中频信号，输出的第二中频信号依次经过第二放大器、第二滤波器进行放大滤波，进入第三混频器后生成第三中频信号依次经过第三放大器、第三滤波器进行放大滤波并输出到AD采集模块中的高速AD进行采样，并将采样得到的数据缓存在高速缓冲存储器中，主控模块根据控制面板下发数据读取指令，高速缓冲存储器将存储的数据发送给主控模块，主控模块对数据进行处理形成数据矩阵，主控模块进而驱动显示模块，并将数据矩阵发送给显示模块，显示模块根据数据矩阵，将原始灰度图像显示出来。

Claims (7)

1.一种基于3mm波段的毫米波成像系统，其特征在于：包括毫米波收发模块、AD采集模块、主控模块、显示模块和控制面板，所述毫米波收发模块的输出端与AD采集模块输入端相连接，所述AD采集模块的输出端与主控模块的输入端相连接，所述主控模块的输出端与显示模块的输入端相连接，所述控制面板与毫米波收发模块的FPGA倍频信号源相连接，还与主控模块相连接。

2.根据权利要求1所述的基于3mm波段的毫米波成像系统，其特征在于：所述毫米波收发模块包括FGPA倍频信号源、发射信号放大滤波单元、双工器、上行耦合器、下行耦合器、微带天线阵列、接收信号放大滤波单元、晶振、多级混频电路，所述双工器包括输入端口、输出端口和双向端口，所述FGPA倍频信号源的输出端与发射信号放大滤波单元的输入端相连，所述发射信号放大滤波单元的输出端与双工器的输入端口相连，所述双工器的双向端口与上行耦合器模块输入端相连，所述上行耦合器的输出端与微带天线阵列的输入端相连，所述微带天线阵列的输出端与下行耦合器的输入端连接，所述下行耦合器的输出端与双工器的双向端口连接，所述双工器的输出端口与接收信号放大滤波单元的输入端相连，所述接收信号放大滤波单元的输出端与多级混频电路中的第一混频器输入端相连，所述晶振的输出端也与多级混频电路中的第一混频器输入端相连。

3.根据权利要求1所述的基于3mm波段的毫米波成像系统，其特征在于：所述AD采集模块包括高速AD和高速缓冲存储器，所述高速AD的输入端与多级混频电路的输出端相连，所述高速AD的输出端与高速缓冲存储器的输入端相连，所述高速缓冲存储器的输出端与主控模块的输入端相连。

4.根据权利要求1所述的基于3mm波段的毫米波成像系统，其特征在于：所述主控模块主要包括主控芯片、主控芯片电压管理芯片、接口芯片，所述主控芯片主要运行图像处理算法程序，所述图像处理算法程序主要对所述AD采集模块采样的数据进行处理，所述主控芯片电压管理芯片主要输出主控芯片的工作电压，保证所述主控芯片正常工作；所述接口芯片主要包括所述AD高速采样接口，用于接收AD高速采样的数据，包括显示驱动接口，用与驱动显示模块成像。

5.根据权利要求2所述的基于3mm波段的毫米波成像系统，其特征在于：所述发射信号放大滤波单元包括发射信号放大器和发射信号滤波器，所述接收信号放大滤波单元包括接收信号放大器和接收信号滤波器；所述发射信号放大器的输入端与FGPA倍频信号源的输出端相连，所述发射信号放大器的输出端与发射信号滤波器的输入端相连，所述发射信号滤波器的输出端与双工器的输入端口相连；所述接收信号放大器的输入端与双工器的输出端口相连，所述接收信号放大器的输出端与接收信号滤波器的输入端相连，所述接收信号滤波器的输出端与多级混频电路中的第一混频器输入端相连。

6.根据权利要求2所述的基于3mm波段的毫米波成像系统，其特征在于：所述多级混频电路包括第一混频器、第一放大滤波单元、第二混频器、第二放大滤波单元、第三混频器、第三放大滤波单元；所述第一放大滤波单元包括第一放大器和第一滤波器，所述第二放大滤波单元包括第二放大器和第二滤波器，所述第三放大滤波单元包括第三放大器和第三滤波器；所述第一混频器的信号输出端与第一放大器的输入端相连，所述第一放大器的输出端与第一滤波器的输入端相连，所述第一滤波器的输出端与第二混频器的输入端相连，第二混频器的输出端与第二放大器的输入端相连，所述第二放大器的输出端与第二滤波器的输入端相连，所述第二滤波器的输出端与第三混频器的输入端相连，所述第三混频器的输出端与第三放大器的输入端相连，所述第三放大器的输出端与所述第三滤波器的输入端相连，所述第三滤波器的输出端与高速AD的输入端相连。

7.根据权利要求2所述的基于3mm波段的毫米波成像系统，其特征在于：所述多级混频电路中的各级混频器均为同相正交混频器。

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