一种开关式多通道辐射计的制作方法

1.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：

2.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。
3.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。


技术实现要素：

4.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。
5.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；
6.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；
7.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；
8.所述宽带开关矩阵，用于实现辐射计通道复用；
9.所述宽带功率检波器，用于检测接收和放大后的目标信号；
10.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；
11.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。
12.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。
13.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。
14.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。
15.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。
16.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。
17.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。
18.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。
19.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。
20.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。
21.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
22.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
23.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。
24.实施例一
25.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；
26.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；
27.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；
28.所述宽带低噪声放大器，用于放大目标信号的幅度；
29.所述宽带开关矩阵，用于实现辐射计通道复用；
30.所述宽带功率检波器，用于检测接收和放大后的目标信号；
31.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。
32.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。
33.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。
34.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。
35.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。
36.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。
37.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。
38.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。
39.所述宽带功率检波器为检波二极管或者检波芯片。
40.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。
41.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。
42.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。
43.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。
44.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。
45.实施例二
46.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。
47.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。
48.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。
49.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。
50.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。
51.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。
52.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。
53.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。
54.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。