一種基于蘑菇形天線的微波層析成像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型是一種基于蘑菇形天線的微波層析成像裝置，涉及圖像成型領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]微波層析成像利用低功率微波的多通路發(fā)射與接收對(duì)物質(zhì)內(nèi)部的介質(zhì)特性進(jìn)行成像，從而測(cè)量物質(zhì)內(nèi)部的電特性，通過(guò)對(duì)電特性的分析推斷出有關(guān)物理量的分布，如濃度、濕度。
[0003]微波層析成像采用天線進(jìn)行微波的發(fā)射和接收，通過(guò)一個(gè)天線向成像區(qū)域內(nèi)物質(zhì)的一個(gè)入射方向發(fā)射微波，輻射的微波與物質(zhì)的介質(zhì)特性產(chǎn)生作用形成一個(gè)散射波，然后通過(guò)另一個(gè)天線沿一個(gè)散射方向接收散射波，如此構(gòu)成一對(duì)天線之間的微波信號(hào)傳輸，再利用微波檢測(cè)器測(cè)量散射波信號(hào)的幅度和相位。為了獲得在多個(gè)方向入射微波情況下和多個(gè)方向散射波的數(shù)據(jù)，微波層析成像系統(tǒng)一般采用多個(gè)天線，這些天線均勻地排放在成像區(qū)域的邊緣，在獲得這些散射場(chǎng)的數(shù)據(jù)之后，利用圖像重建方法重建成像區(qū)域內(nèi)物質(zhì)的介質(zhì)特性，形成圖像。在圖像重建中，成像區(qū)域一般采用柱體形狀模型，假定在柱體成像區(qū)域內(nèi)物質(zhì)的介質(zhì)特性沿軸向方向沒(méi)有變化，微波層析成像中三維圖像重建的過(guò)程便簡(jiǎn)化為二維圖像的重建，這二維圖像重建的方法減少了許多數(shù)學(xué)運(yùn)算。
[0004]在本實(shí)用新型以前，微波成像系統(tǒng)一般采用單偶極子天線形成天線陣列，如Z.Wu等(Microwave-tomographic system for oil and gas multiphase flow imaging, 1PMeasurement Science and Technology, 2009年第 20卷 104026)文獻(xiàn)中闡述基于單偶極子的微波成像系統(tǒng)。由于單偶極子的最佳輻射頻率是在它的長(zhǎng)度接近四分之一波長(zhǎng)，所以在低頻微波波段單偶極子的物理長(zhǎng)度可能遠(yuǎn)大于成像區(qū)域橫截面的直徑。在這樣的情況下，物質(zhì)沿柱體成像區(qū)域軸向方向的不均勻性會(huì)給快速、有效的二維圖像重建方法帶來(lái)很大的誤差。本實(shí)用新型提出采用由一個(gè)線狀導(dǎo)體和一個(gè)面狀導(dǎo)體制成的蘑菇形天線，進(jìn)行發(fā)射和接收微波信號(hào)，以縮短天線沿柱體成像區(qū)域軸向方向的長(zhǎng)度，降低物質(zhì)沿柱體成像區(qū)域軸向方向的不均勻性對(duì)成像系統(tǒng)的影響，同時(shí)提高天線之間的信號(hào)傳輸強(qiáng)度，從而提高信號(hào)的信噪比和圖像質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型提供一種基于蘑菇形天線的微波層析成像裝置，用于生成物質(zhì)介電常數(shù)的圖像，利用低功率微波實(shí)現(xiàn)成像。
[0006]本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為:
[0007]一種基于蘑菇形天線的微波層析成像裝置，包括一個(gè)柱形成像區(qū)域、一個(gè)多個(gè)蘑菇形天線構(gòu)成的天線陣列，一個(gè)天線陣列基板，其特征在于，所述天線陣列中的每一個(gè)蘑菇形天線由一個(gè)線狀導(dǎo)體和一個(gè)面狀導(dǎo)體構(gòu)成；天線陣列環(huán)繞柱形成像區(qū)域；每一個(gè)蘑菇形天線具有一個(gè)微波信號(hào)連接口 ；每一個(gè)蘑菇形天線能夠輻射微波或者接收微波；蘑菇形天線之間通過(guò)柱形成像區(qū)域進(jìn)行微波信號(hào)傳輸；蘑菇形天線的長(zhǎng)度方向與所述柱形成像區(qū)域橫截面垂直，與所述天線陣列基板垂直。
[0008]每個(gè)蘑菇形天線結(jié)構(gòu)的側(cè)面透視基本上呈T形狀；T形的下部為線狀導(dǎo)體，T形的上部為面狀導(dǎo)體；微波信號(hào)連接口在T的底部；每個(gè)蘑菇形天線有個(gè)共地。
[0009]每個(gè)蘑菇形天線的最大輻射方向與線狀導(dǎo)體的長(zhǎng)度方向垂直。
[0010]每個(gè)蘑菇形天線面狀導(dǎo)體的尺寸大于線狀導(dǎo)體橫截面的尺寸。
[0011]每個(gè)蘑菇形天線由銅、黃銅或者其它金屬線制成。
[0012]每個(gè)蘑菇形天線通過(guò)微波信號(hào)連接口與微波信號(hào)源或者微波檢測(cè)器連接。
[0013]所述天線陣列基板由鋁、銅、或者不銹鋼材料制成。
[0014]所述天線陣列基板為天線陣列的共地。
[0015]所述柱形成像區(qū)域包括一個(gè)柱形管道或容器以及內(nèi)部區(qū)域；管道或容器的軸向方向與蘑菇形天線的長(zhǎng)度方向平行。
[0016]每個(gè)蘑菇形天線有個(gè)SMA連接器作為微波連接口，SMA的外殼與天線陣列基板相連接，SMA的中心導(dǎo)線與蘑菇形天線相連接，SMA的外殼與中心導(dǎo)線之間有個(gè)介質(zhì)材料隔離。
[0017]所述柱形成像區(qū)域包括一個(gè)柱形管道或容器以及內(nèi)部區(qū)域；管道或容器的軸向方向與蘑菇形天線的長(zhǎng)度方向平行。
[0018]每個(gè)蘑菇形天線有個(gè)SMA連接器作為微波連接口，SMA的外殼與天線陣列基板相連接，SMA的中心導(dǎo)線與蘑菇形天線相連接，SMA的外殼與中心導(dǎo)線之間有個(gè)介質(zhì)材料隔離。
[0019]采用該一種基于蘑菇形天線的微波層析成像裝置的成像方法，至少有一個(gè)微波信號(hào)源，用于微波的激勵(lì)，頻率范圍為300兆赫茲至10千兆赫茲；
[0020]至少有一個(gè)微波檢測(cè)器，用于微波的檢測(cè)；
[0021]至少有一個(gè)測(cè)量方法，實(shí)現(xiàn)所有天線之間的微波信號(hào)傳輸測(cè)量，包括幅度和相位的測(cè)量，形成一組測(cè)量數(shù)據(jù)，重建所述柱形成像區(qū)域內(nèi)橫截面上的介電常數(shù)的分布圖像。
[0022]采用該一種基于蘑菇形天線的微波層析成像裝置的成像方法，包含一個(gè)顯示方法，顯示介電常數(shù)的分布圖像。
[0023]采用該一種基于蘑菇形天線的微波層析成像裝置的成像方法，包括以下步驟:
[0024]I)、提供一個(gè)平行的蘑菇形天線陣列，排列在所述柱形成像區(qū)域的周邊，并通過(guò)所述柱形成像區(qū)域進(jìn)行信號(hào)傳輸。
[0025]2)、提供一個(gè)蘑菇形天線陣列的基板作為天線陣列的共地。
[0026]3)、提供一個(gè)測(cè)量方法，測(cè)量天線之間的信號(hào)傳輸，包括幅度和相位的測(cè)量。
[0027]4)、提供一個(gè)二維圖像重建方法，利用蘑菇形天線之間的信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)導(dǎo)出所述柱形成像區(qū)域內(nèi)介電常數(shù)的分布圖像。
[0028]本實(shí)用新型一種微波層析成像裝置，技術(shù)效果如下:
[0029]所述裝置和方法能夠?qū)δ⒐叫翁炀€陣列所包圍區(qū)域內(nèi)的物質(zhì)進(jìn)行成像，生成介電常數(shù)的分布圖像；所述裝置縮短天線沿柱體成像區(qū)域軸向方向的長(zhǎng)度，降低物質(zhì)沿柱體成像區(qū)域軸向方向的不均勻性對(duì)成像系統(tǒng)的影響，同時(shí)提高天線之間的信號(hào)傳輸強(qiáng)度，從而提高信號(hào)的信噪比和圖像質(zhì)量。
【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1示出了一個(gè)根據(jù)本實(shí)用新型的第一實(shí)施方案的裝置的示意側(cè)面俯視圖，包括蘑菇形天線以及SMA連接口的正面?zhèn)€側(cè)面透視圖。
[0031]圖2示出了一個(gè)根據(jù)本實(shí)用新型的第二實(shí)施方案的裝置的示意側(cè)面俯視圖，包括蘑菇形天線以及SMA連接口的正面?zhèn)€側(cè)面透視圖。
[0032]圖3示出了一個(gè)根據(jù)本實(shí)用新型的第三實(shí)施方案的裝置的示意側(cè)面俯視圖，包括蘑菇形天線以及SMA連接口的正面?zhèn)€側(cè)面透視圖。
[0033]圖4示出了一個(gè)根據(jù)本實(shí)用新型的第四實(shí)施方案的裝置的示意側(cè)面俯視圖。
[0034]圖5示出了一個(gè)根據(jù)本實(shí)用新型的第五實(shí)施方案的裝置的示意側(cè)面俯視圖。
[0035]圖6示出本實(shí)用新型的測(cè)量示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]一種基于蘑菇形天線的微波層析成像裝置，提供一個(gè)柱形成像區(qū)域、一個(gè)多個(gè)蘑菇形天線構(gòu)成的天線陣列，一個(gè)天線陣列基板，所述天線陣列中的每一個(gè)蘑菇形天線由一個(gè)線狀導(dǎo)體和一個(gè)面狀導(dǎo)體構(gòu)成；天線陣列環(huán)繞柱形成像區(qū)域；每一個(gè)蘑菇形天線具有一個(gè)微波信號(hào)連接口 ；每一個(gè)蘑菇形天線能夠輻射微波或者接收微波；蘑菇形天線之間通過(guò)柱形成像區(qū)域進(jìn)行微波信號(hào)傳輸。
[0037]天線是個(gè)輻射和接收微波的裝置，它的特性在許多教科書中已經(jīng)有了詳細(xì)的描述(如“天線理論-分析與設(shè)計(jì)”，巴拉尼斯，1988)。天線輻射場(chǎng)可以通過(guò)麥克斯韋方程求解。天線可以由線天線和面天線構(gòu)成，本實(shí)用新型采用蘑菇形天線，蘑菇形天線結(jié)構(gòu)的側(cè)面透視基本上呈T形狀，T形的下部為線狀導(dǎo)