一種毫米波成像裝置的制造方法
【專利摘要】本發明屬于毫米波成像領域，提供了一種毫米波成像裝置。本發明通過采用包括晶振、功分器、毫米波收發單元、本振信號處理單元、第二混頻器及圖像處理模塊的毫米波成像裝置，由功分器對晶振產生的振蕩信號進行功率分配并輸出時鐘觸發信號和本振信號，由本振信號處理單元對本振信號進行處理并輸出第二本振信號，由毫米波收發單元對待測物體反射的回波信號進行處理并輸出第一中頻信號，由第二混頻器將第二本振信號與第一中頻信號進行混頻并輸出第二中頻信號，由圖像處理模塊對第二中頻信號進行處理并對待測物體成像，由于晶振同時作為毫米波收發單元的時鐘觸發源和第二混頻器的本振信號源，因此，該裝置不需額外增加本振信號源，簡化了電路結構，降低了成本。
【專利說明】
一種毫米波成像裝置
技術領域
[0001]本發明屬于毫米波成像技術領域，尤其涉及一種毫米波成像裝置。
【背景技術】
[0002]毫米波是一種波長為I?10毫米的電磁波，其具有較好的穿透性、反射性及較高的空間分辨率。毫米波能輕易地穿透織物、非金屬紙盒、各類箱包等，對由鐵、鋼、鋁合金等金屬材料制成的刀具、匕首、鐵棍、雨傘桿等具有較強的反射性，且很容易被液體吸收。因此，毫米波成像技術被廣泛應用于人員安檢、飛機著陸導航等領域。
[0003]現有的毫米波成像裝置包括毫米波收發模塊和圖像處理模塊，其中，毫米波收發模塊包括晶振、毫米波收發單元、本振信號源及混頻器，如圖1所示，其中，晶振為毫米波收發單元中的信號源提供時鐘觸發信號，本振信號源為混頻器提供本振信號，毫米波收發單元向待測物體發射毫米波信號并接收待測物體反射的回波信號，且對回波信號進行處理并為混頻器提供射頻信號，混頻器將本振信號與射頻信號進行混頻并輸出中頻信號，圖像處理模塊根據中頻信號形成與待測物體相對應的圖像。
[0004]然而，現有的毫米波成像裝置是采用晶振和額外的本振信號源來分別提供時鐘觸發信號和本振信號，而晶振本可以作為振蕩信號源提供振蕩信號，但卻并沒有被充分的利用，從而導致整個系統變得復雜冗余，且成本較高。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于提供一種毫米波成像裝置，旨在解決現有的毫米波成像裝置是采用晶振和額外的本振信號源來分別提供時鐘觸發信號和本振信號，晶振作為振蕩信號源并沒有被充分的利用，導致整個系統變得復雜冗余，且成本較高的問題。
[0006]本發明是這樣實現的，一種毫米波成像裝置，包括毫米波收發模塊和圖像處理模塊，所毫米波收發模塊包括晶振、毫米波收發單元及第二混頻器，所述晶振產生振蕩信號，所述第二混頻器的射頻輸入端和中頻輸出端分別與所述毫米波收發單元的輸出端和所述圖像處理模塊的輸入端連接，所述毫米波收發模塊還包括功分器和本振信號處理單元；
[0007]所述功分器的信號輸入端與所述晶振的輸出端連接，所述功分器的第一信號輸出端和第二信號輸出端分別與所述毫米波收發單元的時鐘端和所述本振信號處理單元的輸入端連接，所述本振信號處理單元的輸出端與所述第二混頻器的本振輸入端連接；
[0008]所述功分器對所述振蕩信號進行功率分配并輸出時鐘觸發信號和本振信號;所述本振信號處理單元對所述本振信號進行處理并輸出第二本振信號;所述毫米波收發單元在所述時鐘觸發信號的觸發下，向待測物體發射毫米波信號并接收所述待測物體反射的回波信號，且將所述回波信號與第一本振信號進行混頻以輸出第一中頻信號;所述第二混頻器將所述第二本振信號與所述第一中頻信號進行混頻并輸出第二中頻信號;所述圖像處理模塊對所述第二中頻信號進行處理并形成所述待測物體相對應的圖像。
[0009]本發明通過采用包括晶振、功分器、毫米波收發單元、本振信號處理單元、第二混頻器及圖像處理模塊的毫米波成像裝置，由功分器對晶振產生的振蕩信號進行功率分配并輸出時鐘觸發信號和本振信號，由本振信號處理單元對本振信號進行處理并輸出第二本振信號，由毫米波收發單元對待測物體反射的回波信號進行處理并輸出第一中頻信號，由第二混頻器將第二本振信號與第一中頻信號進行混頻并輸出第二中頻信號，由圖像處理模塊對第二中頻信號進行處理并形成與待測物體相對應的圖像，由于晶振同時作為毫米波收發單元的時鐘觸發源和第二混頻器的本振信號源，因此，該裝置不需額外增加本振信號源，簡化了電路結構，降低了成本。
【附圖說明】
[0010]圖1是現有技術提供的毫米波成像裝置的結構示意圖；
[0011]圖2是本發明實施例提供的毫米波成像裝置的模塊結構示意圖；
[0012]圖3是本發明實施例提供的毫米波成像裝置的電路結構示意圖。
【具體實施方式】
[0013]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0014]本發明實施例通過采用包括晶振、功分器、毫米波收發單元、本振信號處理單元、第二混頻器及圖像處理模塊的毫米波成像裝置，由功分器對晶振產生的振蕩信號進行功率分配并輸出時鐘觸發信號和本振信號，由本振信號處理單元對本振信號進行處理并輸出第二本振信號，由毫米波收發單元對待測物體反射的回波信號進行處理并輸出第一中頻信號，由第二混頻器將第二本振信號與第一中頻信號進行混頻并輸出第二中頻信號，由圖像處理模塊對第二中頻信號進行處理并形成與待測物體相對應的圖像，由于晶振同時作為毫米波收發單元的時鐘觸發源和第二混頻器的本振信號源，因此，該裝置不需額外增加本振信號源，簡化了電路結構，降低了成本。
[0015]圖2示出了本發明實施例提供的毫米波成像裝置的模塊結構，為了便于說明，僅示出了與本發明實施例相關的部分，詳述如下:
[0016]一種毫米波成像裝置，包括毫米波收發模塊10和圖像處理模塊6，毫米波收發模塊10包括晶振1、毫米波收發單元3及第二混頻器5，第二混頻器5的射頻輸入端和中頻輸出端分別與毫米波收發單元3的輸出端和圖像處理模塊6的輸入端連接，毫米波收發模塊10還包括功分器2和本振信號處理單元4。
[0017]功分器2的信號輸入端與晶振I的輸出端連接，功分器2的第一信號輸出端和第二信號輸出端分別與毫米波收發單元3的時鐘端和本振信號處理單元4的輸入端連接，本振信號處理單元4的輸出端與第二混頻器5的本振輸入端連接。
[0018]功分器2對所述振蕩信號進行功率分配并輸出時鐘觸發信號和本振信號;本振信號處理單元4對所述本振信號進行處理并輸出第二本振信號;毫米波收發單元3在所述時鐘觸發信號的觸發下，向待測物體發射毫米波信號并接收待測物體反射的回波信號，且將回波信號與第一本振信號進行混頻以輸出第一中頻信號；第二混頻器5將所述第二本振信號與所述第一中頻信號進行混頻并輸出第二中頻信號；圖像處理模6塊根據對第二中頻信號進行處理并形成與待測物體相對應的圖像。
[0019]在本發明實施例中，晶振I的振蕩頻率為固定頻率且與第一中頻信號的頻率相等，例如晶振I的振蕩頻率與第一中頻信號的頻率均為200MHz。
[0020]在本發明實施例中，功分器2為一分多路功分器。在實際應用中，功分器2可以是無源多路功分器和多路耦合器等，也可以是有源多路功分器、多路耦合器及多路開關等。
[0021]在本發明實施例中，晶振I同時作為毫米波收發單元3的時鐘觸發源和第二混頻器5的本振信號源，晶振I的利用率較高，可節省額外的本振信號源，簡化電路布線，使得毫米波成像裝置更易于集成化和小型化，同時降低了成本。
[0022]圖3示出了本發明實施例提供的毫米波成像裝置的電路結構，為了便于說明，僅示出了與本發明實施例相關的部分，詳述如下:
[0023]作為本發明一實施例，毫米波收發單元3包括第一信號源30、第二信號源31、第一信號處理單元32、第二信號處理單元33、發射天線36、接收天線37、回波信號處理單元34及第一混頻器35。
[0024]其中，第一信號源30的時鐘端和第二信號源31的時鐘端共接作為毫米波收發單元3的時鐘端，第一信號源30的輸出端和第二信號源31的輸出端分別與第一信號處理單元32的輸入端和第二信號處理單元33的輸入端連接，第一信號處理單元32的輸出端與發射天線36連接，回波信號處理單元34的輸入端與接收天線37連接，第一混頻器35的本振信號輸入端和射頻信號輸入端分別與第二信號處理單元33的輸出端和回波信號處理單元334的輸出端連接，第一混頻器35的中頻輸出端為毫米波收發單元3的輸出端。
[0025]第一信號源30和第二信號源31在所述時鐘觸發信號的觸發下同時且分別輸出第一信號和第二信號；第一信號處理單元32對所述第一信號進行倍頻處理并輸出毫米波信號，發射天線36將毫米波信號發射至待測物體;第二信號處理單元33對第二信號進行倍頻處理并輸出第一本振信號;接收天線37接收待測物體反射的回波信號；回波信號處理單元34對回波信號進行濾波和放大處理并輸出第一回波信號;第一混頻器35將第一本振信號與第一回波信號進行混頻處理并輸出第一中頻信號。
[0026]在本發明實施例中，第一本振信號的相位與第一回波信號的相位相同。
[0027]在本發明實施例中，第一信號源30和第二信號源31均為掃頻信號源，即第一信號源30和第二信號源31輸出的正弦波信號的頻率隨時間在一定范圍內反復掃描，掃頻信號源由可輸入外部參考信號的鎖相環構成。第一信號源30和第二信號源31的掃頻頻率范圍和掃頻帶寬可根據實際需求進行設置。
[0028]在本發明實施例中，發射天線36發送的毫米波信號為具有一定帶寬的掃頻信號，且接收天線37接收到的回波信號的頻率范圍與發射天線發射的毫米波信號的頻率范圍相同。
[0029]在本發明實施例中，第一混頻器35為差頻混頻器。
[0030]作為本發明一實施例，第一信號處理單元32包括依次相連的第一帶通濾波器321、第一放大器322、第一倍頻器323、第二放大器324、第二帶通濾波器325、衰減器326及環形器327。其中，第一帶通濾波器321的輸入端和環形器327的輸出端分別為第一信號處理單元32的輸入端和輸出端。
[0031]作為本發明一實施例，第二信號處理單元33包括依次相連的第三帶通濾波器331、第三放大器332、第二倍頻器333、第四放大器334及第四帶通濾波器335。其中，第三帶通濾波器331的輸入端和第四帶通濾波器335的輸出端分別為第二信號處理單元33的輸入端和輸出端。
[0032]在本發明實施例中，第一倍頻器323和第二倍頻器333均為二倍頻器。
[0033]作為本發明一實施例，回波信號處理單元34包括依次相連的第五放大器342和第五帶通濾波器341。其中，第五放大器342的輸入端和第五帶通濾波器341的輸出端分別為回波信號處理單元34的輸入端和輸出端。
[0034]作為本發明一實施例，本振信號處理單元4包括依次相連的第六帶通濾波器40和第六放大器41。其中，第六帶通濾波器40的輸入端和第六放大器41的輸出端分別為本振信號處理單元4的輸入端和輸出端。
[0035]作為本發明一實施例，第二混頻器5為同相/正交混頻器(I/Q混頻器)。同相/正交混頻器由兩個混頻器、一個90度電橋和一個同相功分器構成。
[0036]在實際應用中，第一信號源30輸出的第一信號的頻率范圍為16.1GHz?20.1GHz，第一信號依次經過第一帶通濾波器321、第一放大器322及第一倍頻器323分別進行雜波濾除、放大及二倍頻處理后產生頻率范圍為32.2GHz?40.2GHz的毫米波信號，由于第一倍頻器323的衰減較大，因此，第一倍頻器323輸出的毫米波信號需要依次經過第二放大器324、第二帶通濾波器325及衰減器326分別進行放大、基波和三次諧波濾除、功率調整處理后，才通過發射天線36進行發射，而環形器327的作用是防止發射天線36接收到的雜波信號對前端各個器件的影響；第二信號源31輸出的第二信號的頻率范圍為16GHz?20GHz，第二信號源依次經過第三帶通濾波器331、第三放大器332及第二倍頻器333分別進行雜波濾除、放大及二倍頻處理后產生頻率范圍為32GHz?40GHz的第一本振信號，第一本振信號依次經過第四放大器334和第四帶通濾波器335分別進行放大、基波和三次諧波濾除后，輸出至第一混頻器35的本振信號輸入端。第一信號源30的起始掃頻頻率不是固定的16.1GHz，掃頻帶寬不是固定的4 G H z，第二信號源31的起始掃頻頻率不是固定的16 G H z，掃頻帶寬不是固定的4GHz，只需保證第一信號源30的起始掃頻頻率與第二信號源31的起始掃頻頻率之間存在一個固定的頻率差，該頻率差與第一中頻信號的頻率相等。接收天線37接收到的回波信號的頻率范圍為32.2GHz?40.2GHz，回波信號處理單元34將所述回波信號依次經過第五放大器342和第五帶通濾波器341分別進行放大、雜波濾除處理生成第一回波信號，并將第一回波信號輸出至第一混頻器35的射頻信號輸入端。
[0037]在實際應用中，第一信號源30和第二信號源31同時分別輸出第一信號和第二信號，即第一帶通濾波器30和第二帶通濾波器31同時分別接收第一信號和第二信號，通過對第一信號和第二信號的傳輸路徑(傳輸線的長度)進行相應設置，使得輸入至第一混頻器35的第一本振信號和第一回波信號的相位始終保持絕對相等，這樣，第一混頻器35輸出的第一中頻信號的頻率始終為固定值(如200MHz)。由于晶振I的振蕩頻率與第一中頻信號的頻率相等，因此，本振信號的頻率為200MHz，本振信號經過第六帶通濾波器40的濾波和第六放大器41的放大后形成第二本振信號(頻率為200MHz)，第二混頻器5將第二本振信號與第一中頻信號進行解調后輸出同相信號和正交信號兩路直流信號，圖像處理模塊6對同相信號和正交信號進行采集并處理，并根據處理結果對待測物體進行成像。在實際應用中，毫米波成像裝置還包括顯示模塊8，顯示模塊8的輸入端與圖像處理模塊6的第一輸出端連接，顯示模塊8用于對與待測物體相對應的圖像進行顯示。
[0038]作為本發明一實施例，毫米波成像裝置還包括反饋模塊7，反饋模塊7的第一輸入端、第二輸入端及反饋輸出端分別與圖像處理模塊6的第二輸出端、功分器的第三輸出端及功分器的反饋輸入端連接，同時，功分器2的反饋輸出端與晶振I的反饋輸入端連接，反饋模塊7用于根據圖像處理模塊6的成像對晶振I的振蕩頻率進行調節。在實際應用中，反饋模塊7具體為FPGA(FieId-ProgrammabIe Gate Array，可編程門陣列)可編程控制板。
[0039]作為本發明一實施例，毫米波成像裝置還包括電源模塊，電源模塊為整個裝置進行供電。
[0040]本發明實施例通過采用包括晶振、功分器、毫米波收發單元、本振信號處理單元、第二混頻器及圖像處理模塊的毫米波成像裝置，由功分器對晶振產生的振蕩信號進行功率分配并輸出時鐘觸發信號和本振信號，由本振信號處理單元對本振信號進行處理并輸出第二本振信號，由毫米波收發單元對待測物體反射的回波信號進行處理并輸出第一中頻信號，由第二混頻器將第二本振信號與第一中頻信號進行混頻并輸出第二中頻信號，由圖像處理模塊對第二中頻信號進行處理并形成與待測物體相對應的圖像，由于晶振同時作為毫米波收發單元的時鐘觸發源和第二混頻器的本振信號源，因此，該裝置不需額外增加本振信號源，簡化了電路結構，降低了成本。
[0041]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種毫米波成像裝置，包括毫米波收發模塊和圖像處理模塊，所述毫米波收發模塊包括晶振、毫米波收發單元及第二混頻器，所述晶振產生振蕩信號，所述第二混頻器的射頻輸入端和中頻輸出端分別與所述毫米波收發單元的輸出端和所述圖像處理模塊的輸入端連接，其特征在于，所述毫米波收發模塊還包括功分器和本振信號處理單元； 所述功分器的信號輸入端與所述晶振的輸出端連接，所述功分器的第一信號輸出端和第二信號輸出端分別與所述毫米波收發單元的時鐘端和所述本振信號處理單元的輸入端連接，所述本振信號處理單元的輸出端與所述第二混頻器的本振輸入端連接； 所述功分器對所述振蕩信號進行功率分配并輸出時鐘觸發信號和本振信號;所述本振信號處理單元對所述本振信號進行處理并輸出第二本振信號;所述毫米波收發單元在所述時鐘觸發信號的觸發下，向待測物體發射毫米波信號并接收所述待測物體反射的回波信號，且將所述回波信號與第一本振信號進行混頻以輸出第一中頻信號;所述第二混頻器將所述第二本振信號與所述第一中頻信號進行混頻并輸出第二中頻信號;所述圖像處理模塊對所述第二中頻信號進行處理并形成與所述待測物體相對應的圖像。2.如權利要求1所述的毫米波成像裝置，其特征在于，所述毫米波收發單元包括第一信號源、第二信號源、第一信號處理單元、第二信號處理單元、發射天線、接收天線、回波信號處理單元及第一混頻器； 所述第一信號源的時鐘端和所述第二信號源的時鐘端共接作為所述毫米波收發單元的時鐘端，所述第一信號源的輸出端和所述第二信號源的輸出端分別與所述第一信號處理單元的輸入端和所述第二信號處理單元的輸入端連接，所述第一信號處理單元的輸出端與所述發射天線連接，所述回波信號處理單元的輸入端與所述接收天線連接，所述第一混頻器的本振信號輸入端和射頻信號輸入端分別與所述第二信號處理單元的輸出端和所述回波信號處理單元的輸出端連接，所述第一混頻器的中頻輸出端為所述毫米波收發單元的輸出立而; 所述第一信號源和所述第二信號源在所述時鐘觸發信號的觸發下同時且分別輸出第一信號和第二信號;所述第一信號處理單元對所述第一信號進行倍頻處理并輸出毫米波信號，所述發射天線將所述毫米波信號發射至所述待測物體;所述第二信號處理單元對所述第二信號進行倍頻處理并輸出第一本振信號;所述接收天線接收所述待測物體反射的回波信號;所述回波信號處理單元對所述回波信號進行濾波和放大處理并輸出第一回波信號；所述第一混頻器將所述第一本振信號與所述第一回波信號進行混頻處理并輸出第一中頻信號。3.如權利要求2所述的毫米波成像裝置，其特征在于，所述第一信號處理單元包括依次相連的第一帶通濾波器、第一放大器、第一倍頻器、第二放大器、第二帶通濾波器、衰減器及環形器； 所述第一帶通濾波器的輸入端和所述環形器的輸出端分別為所述第一信號處理單元的輸入端和輸出端。4.如權利要求2所述的毫米波成像裝置，其特征在于，所述第二信號處理單元包括依次相連的第三帶通濾波器、第三放大器、第二倍頻器、第四放大器及第四帶通濾波器； 所述第三帶通濾波器的輸入端和所述第四帶通濾波器的輸出端分別為所述第二信號處理單元的輸入端和輸出端。5.如權利要求2所述的毫米波成像裝置，其特征在于，所述回波信號處理單元包括依次相連的第五放大器和第五帶通濾波器； 所述第五放大器的輸入端和所述第五帶通濾波器的輸出端分別為所述回波信號處理單元的輸入端和輸出端。6.如權利要求2所述的毫米波成像裝置，其特征在于，所述第一本振信號的相位與所述第一回波信號的相位相同。7.如權利要求2所述的毫米波成像裝置，其特征在于，所述晶振的振蕩頻率與所述第一中頻信號的頻率相等。8.如權利要求2所述的毫米波成像裝置，其特征在于，所述第一信號源和所述第二信號源均為掃頻信號源。9.如權利要求1所述的毫米波成像裝置，其特征在于，所述本振信號處理單元包括依次相連的第六帶通濾波器和第六放大器； 所述第六帶通濾波器的輸入端和所述第六放大器的輸出端分別為所述本振信號處理單元的輸入端和輸出端。10.如權利要求1所述的毫米波成像裝置，其特征在于，所述第二混頻器為同相/正交混頻器。
【文檔編號】G01S13/89GK106019276SQ201610628931
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月3日
【發明人】劉俊成, 孫超, 祁春超
【申請人】華訊方舟科技有限公司, 深圳市太赫茲科技創新研究院有限公司