專利名稱：直放式毫米波交流成像輻射計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于毫米波運(yùn)用領(lǐng)域，特別是一種直放式毫米波成像輻射計(jì)。
背景技術(shù)：
毫米波、亞毫米波被動(dòng)成像的最主要困難就在于自然界的各種物體所輻射的毫米波、亞毫米波能量太微弱，通常只有微微瓦級(jí)甚至更低，而自然界的各種干擾及接收機(jī)自身的噪聲遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于有用信號(hào)的能量。因此，如何從被噪聲淹沒信號(hào)中檢出有用信息是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。由于自然物的輻射無法改變，因此根本的方法就是要努力提高接收機(jī)的靈敏度，例如盡量對(duì)信號(hào)進(jìn)行前置低噪聲放大、盡量減小系統(tǒng)本身的增益起伏、降低系統(tǒng)噪聲等等。 毫米波輻射計(jì)輸出起伏由系統(tǒng)噪聲不確定性和系統(tǒng)增益不確定性決定,一般后者比前者要大兩個(gè)數(shù)量級(jí)，因而系統(tǒng)增益的被動(dòng)起決定性作用。一般來說，采用高性能的微波器件和增加檢波前帶寬可以將輻射計(jì)的靈敏度提高到滿足各種實(shí)際應(yīng)用要求的水平。但對(duì)微波輻射計(jì)而言，系統(tǒng)電路類型的突破性改進(jìn)比較困難。長期以來，人們一直采用各種辦法來減少和消除系統(tǒng)增益起伏和本機(jī)噪聲不確定性的影響。主要采取如下方法首先，目前國內(nèi)外應(yīng)用的大多是直流體制的輻射計(jì)，在全功率微波輻射計(jì)的基礎(chǔ)上，1946年Dicke研制出Dicke福射計(jì)。Dicke福射計(jì)為消除本機(jī)增益起伏的影響,采用單刀雙擲微波開關(guān)，使接收機(jī)輸入端交替地接到天線端口和參考源端口。在平方律檢波后進(jìn)行相關(guān)檢波和相減處理，大大減少了增益起伏的影響，使微波輻射計(jì)走向?qū)嵱没５@種方法只有在天線溫度同參考源溫度相等時(shí)，才能全部消除接收機(jī)增益起伏的影響。其它如采用脈沖調(diào)制的恒流源開關(guān)直接調(diào)制固態(tài)噪聲源，實(shí)現(xiàn)脈沖噪聲注入的零平衡工作方式，并為此研制了一種高穩(wěn)定的脈沖調(diào)制恒流源開關(guān)；采用整體恒溫結(jié)構(gòu)，保證輻射計(jì)的環(huán)境溫度穩(wěn)定不變僅等于參考負(fù)載溫度。這樣可消除由于前端損耗及反射的存在和變化而引起的測量誤差，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的絕對(duì)精度；且由于整機(jī)電路和器件工作于恒溫環(huán)境中，可保證系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定可靠。但其硬件系統(tǒng)也比較復(fù)雜。目前有兩種方式檢測天線接收的信號(hào)，即超外差式和直接檢波式，超外差式是比較傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，它的射頻信號(hào)可能經(jīng)過或不經(jīng)過放大，但都會(huì)進(jìn)入混頻器下變頻到中頻信號(hào)后再進(jìn)行放大檢波等處理；而直接檢波式接收機(jī)接收的信號(hào)經(jīng)過低噪聲放大器后直接檢波。通常直流輻射計(jì)為了抵消機(jī)內(nèi)直流噪聲，需要采用迪克比較式、周期定標(biāo)式或者注入噪聲式得輻射計(jì)體制，成像系統(tǒng)需要增加定標(biāo)負(fù)載及冷熱噪聲源。而交流輻射計(jì)利用交流能量來獲取目標(biāo)的信息，有自己獨(dú)特的定標(biāo)方式，獨(dú)特的圖像解讀與處理方式。另外，已有的3mm波段交流輻射計(jì)均是采用混頻模式，采用混頻模式噪聲系數(shù)9dB，成像質(zhì)量較差。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種避開了機(jī)內(nèi)的直流噪聲，省去了匹配負(fù)載和3_開關(guān)及復(fù)雜的同步檢波電路，具有更加簡單的電路結(jié)構(gòu)，具有更短的積分時(shí)間以及更低的成本和測試系統(tǒng)的毫米波交流成像輻射計(jì)。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)解決方案為一種直放式毫米波交流成像輻射計(jì)，包括依次連接的3mm波段天線、3mm波段射頻低噪聲放大器、檢波電路、選通低頻放大器、MSP單片機(jī)采樣與掃描控制電路。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)(I)交流能量體制獲取目標(biāo)信息與通常的直流輻射計(jì)信息相比，交流輻射計(jì)信息同樣包含了目標(biāo)的幾何尺寸，材質(zhì)特征等信息，利用交流體制同樣可以獲取目標(biāo)的信息圖 像。(2)集成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單與直流輻射計(jì)相比，交流輻射計(jì)避開了機(jī)內(nèi)直流噪聲，減去了復(fù)雜的比較及同步檢波電路；具有非常簡單的電路形式，易于集成實(shí)現(xiàn)焦平面陣列成像。(3)獨(dú)特的信息解讀方法交流能量信息與直流能量信息既有區(qū)別又有聯(lián)系，都是獲取目標(biāo)信息的重要方式，具有動(dòng)態(tài)特征的交流輻射計(jì)信息不僅開辟了新的信息獲取方式，還具有自己獨(dú)特的判讀和解釋方式。(4)與混頻式交流輻射計(jì)相比，直放式交流輻射計(jì)具有更低的噪聲系數(shù)，減少了本振電路和混頻電路，具有更好地焦平面系統(tǒng)集成性和一致性；混頻式交流輻射計(jì)噪聲系數(shù)大于9dB ;而直放式交流輻射計(jì)的噪聲系數(shù)小于4dB。
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

圖I是毫米波交流成像輻射計(jì)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型采用的交流成像輻射計(jì)的主要技術(shù)參數(shù)如下工作波段3_波段，低噪放帶寬為IOGHz，天線600mm，波束寬度0. 4，低放增益為35dB，帶寬大于2GHz。系統(tǒng)工作波波長為3. 2mm。系統(tǒng)連接步驟如下首先被測人員及背景信息經(jīng)3mm波段天線接收，然后進(jìn)入到3_波段射頻低噪聲放大器放大后進(jìn)入檢波電路，經(jīng)過選通低頻放大器隔去直流分量；接著經(jīng)MSP單片機(jī)采樣與掃描控制電路，完成采樣，為成像提供數(shù)據(jù)。系統(tǒng)中的選通低頻放大器是區(qū)別于通常直流輻射計(jì)的重要特征，與通常直流輻射計(jì)的低頻放大器不同，交流成像輻射計(jì)的選通低頻放大器的帶寬既要滿足掃描系統(tǒng)的速度與積分時(shí)間的要求，而且交流成像輻射計(jì)的帶寬上限和下限必須滿足隔去直流噪聲和直流信息的要求，又能滿足保持掃描目標(biāo)交流信息的要求。而且，與通常交流輻射計(jì)的目標(biāo)信號(hào)檢測相比，系統(tǒng)中的選通低頻放大器是成像交流成像輻射計(jì)的積分時(shí)間相對(duì)較長。選通低頻放大器的作用是隔去獲取的圖像信息的直流分量，保留交流信息，必須保證選通低頻放大器的頻率范圍與掃描速度相匹配，而且選通低頻放大器的頻帶下限在
0.5Hz，頻帶的上限選在220Hz。3mm波段射頻低噪放，比通常的混頻式毫米波輻射計(jì)減少了體積和結(jié)構(gòu)，具有更低的系統(tǒng)噪聲系數(shù)。而且在制作和開發(fā)大規(guī)模焦平面陣列時(shí)，避免了因混頻器產(chǎn)生的通道之間的電磁干擾，從技術(shù)上使焦平面陣列通道之間的一致性較為容易保證。
保證。
權(quán)利要求1.一種直放式毫米波交流成像福射計(jì)，其特征在于，包括依次連接的3mm波段天線、3mm波段射頻低噪聲放大器、檢波電路、選通低頻放大器、MSP單片機(jī)采樣與掃描控制電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種直放式毫米波交流成像輻射計(jì)，其特征在于，選通低頻放大器頻帶下限在0. 5Hzo
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種直放式毫米波交流成像輻射計(jì)，其特征在于，選通低頻放大器頻帶的上限選在220Hz。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種直放式毫米波交流成像輻射計(jì)，包括依次連接的3mm波段天線、3mm波段射頻低噪聲放大器、檢波電路、選通低頻放大器、MSP單片機(jī)采樣與掃描控制電路；本實(shí)用新型省去了匹配負(fù)載和3mm開關(guān)及復(fù)雜的同步檢波電路，具有更加簡單的電路結(jié)構(gòu)，具有更短的積分時(shí)間以及更低的成本。
文檔編號(hào)G01S13/89GK202393911SQ201120553438
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者婁國偉, 張光鋒, 朱莉, 李興國, 李躍華 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)