摘要
自然界中所有物体都会自发的向外辐射电磁波，被动毫米波(Passive Millimiter Wave, PMMW)成像系统正是通过检测物体所辐射的毫米波能量进行成像，在人体隐匿物品检测以及安检等方面得到了广泛的应用。PMMW成像天线系统由馈源天线和聚焦天线组成，馈源天线的小型化、高增益和聚焦天线的高分辨率是PMMW成像天线的研究热点，本文开展的研究工作主要如下： 首先，针对Ka波段(30~40GHz)被动成像系统对馈源天线的小型化、高增益、低副瓣等性能要求，设计了角锥喇叭天线、圆锥喇叭天线两款馈源天线，它们都具有较大的回波损耗和较好的辐射特性，但口径较大，不适用于低频毫米波成像系统。对此，设计了一款新型的对跖直线渐变缝隙天线(Antipodal Linear Tapered Slot Antenna, ALTSA)，将超材料结构引入到直线渐变缝隙天线的辐射前端，有效地提升了天线的增益，天线采用基片集成波导(Substrate Integrated Waveguide, SIW)结构馈电，实现了宽带特性。仿真与测试结果表明，该天线在工作频带(30~40GHz)内S11皆低于-10dB，阻抗特性较好，并且具有较高且稳定的增益(14.5~16.8dBi)。整个天线尺寸较小，能够满足PMMW成像系统对馈源天线的小口径的需求。 其次，针对Ka波段被动成像应用，将高斯准光理论与几何光学知识结合进行准光路分析，设计了一款具有高分辨率的双曲介质透镜，其口径大小为500mm，仿真结果与理论计算值较为吻合。在此基础上完成了焦平面馈源天线阵列设计并与透镜进行联合仿真，仿真结果表明焦平面天线阵列可以在物平面形成直径约为51mm的焦斑，焦斑间隔约为50mm，具有较高的空间分辨率。 最后，为了解决传统介质透镜体积大、加工困难等缺陷，本文开展了对超表面透镜的研究。采用共轴环形结构，设计了一种具有极化不敏感特性的超表面单元，利用该单元结构完成了基于平面波入射的高分辨率超表面透镜设计；然后借鉴近场聚焦介质透镜的设计方法，完成了能实现近场聚焦的高分辨率超表面透镜设计，在距离透镜70mm处3dB焦斑直径约为9mm，具备较高的空间分辨率，可用于被动毫米波成像系统中实现系统的小型化及高分辨率成像。
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