主动毫米波成像准光学系统设计

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1、硕士学位论文主动毫米波成像准光学系统设计DESIGNOFQUASI-OPTICALSYSTEMFORACTIVEMILLIMETER-WAVEIMAGING佟强哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TN015学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文主动毫米波成像准光学系统设计硕士研究生：佟强导师：邱景辉教授申请学位：工学硕士学科：电磁场与微波技术：所在单位电子与信息工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN015U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngin

2、eeringDESIGNOFQUASI-OPTICALSYSTEMFORACTIVEMILLIMETER-WAVEIMAGINGCandidate：TongQiangSupervisor：Prof.QiuJinghuiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ElectromagneticFieldandMicrowaveTechnologyAffiliation：SchoolofElectronicandInformationTechnologyDateofDefence：June,2018Degree-Conferri

3、ng-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要毫米波成像在目前的安全形势下具有极高的应用价值，相比于红外线、X射线等成像技术，毫米波成像具有较好的穿透性，较高的图像分辨率，并且对人无害，在成像技术中具有明显的优势。从成像体制上又分为主动式成像和被动式成像，与被动式成像相比，主动式成像通过利用馈源照射目标区域并接收散射回波信号来弥补自然环境下毫米波辐射微弱的不足，使得其成像质量更优，受环境影响更小，而其中的准光学系统是整个毫米波成像系统的核心所在，它的性能直接影响成像的质量。本文的研究重点就是设计一套应用于主动毫米波成像

4、的准光学系统，主要分为三个部分：整体结构设计、馈源阵列设计和聚焦天线设计。其中整体结构设计是系统框架的构建，决定各元件的选取与参数要求；馈源阵列的设计包括单个馈源的设计与天线排布方式的设计，这关系到成像质量与采样率；聚焦天线的设计决定了成像的空间分辨率与成像距离，同时还要综合考虑各部分之间的协调匹配，确定相对位置关系，这样才能使各部分发挥最大的作用，设计出的准光学系统才具有实用价值。本文在对毫米波成像理论研究的基础上，确定了准光学系统的研究范围，从准光学技术入手，对比分析了几种典型的准光学技术的特点，着重研究了高斯波束法的推导过程；对两种常用于毫米波成像的馈源天线进行研究，总结了两种馈源天

5、线的设计方法和辐射特性，根据系统指标要求采用多段锥削介质杆天线作为馈源单元，结合采样定理设计出单排馈源阵列并观察其互耦特性；综合分析了两种聚焦天线的作用原理，利用椭球反射面质量轻、聚焦特性好等优点设计出工作频率为94GHz，理论空间分辨率为12mm的偏馈椭球面，并与设计好的馈源天线通过FEKO软件联合仿真，验证了其聚焦特性；最后引入转动装置与反射板并结合馈源阵列与椭球反射面设计出系统整体结构，采用馈源单行排布结合机械扫描的方式覆盖1m×2m的视场范围，完成系统要求。关键词：毫米波成像；准光学；聚焦天线；馈源-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractMillimeter-wave(

6、MMW)imagingisofgreatvalueinthecurrentsecuritysituation.Comparedwithinfrared,X-rayandotherimagingtechnologies,millimeter-waveimaginghasbetterpenetrability,higherimageresolutionandisharmlesstohumanbeings.Thus,ithasobviousadvantagesinimagingtechnology.Intermsofimagingsystem,itcanbedividedintoactiveim

7、agingandpassiveimaging.ComparedwithpassiveMMWimagingtechnology,activeimagingcancompensatefortheweakradiationofMMWinnaturalenvironmentbyusingthefeedtoilluminatethetargetareaandreceivethescatteredechosignaltomakest