一種掃描成像應(yīng)用的光機(jī)掃描天線裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種掃描成像應(yīng)用的光機(jī)掃描天線裝置，包括主反射面（6）、饋源（5）、副反射面（7）、自旋電機(jī)（3）、探測器，所述的副反射面（7）的中心軸線與主反射面（6）中心軸線呈一定角度；通過卡塞格倫天線的副反射面一定角度的傾斜，實(shí)現(xiàn)天線波束與天線主反射面中心軸線的一定角度的偏離；通過該傾斜的副反射面的繞天線主反射面中心軸線的自旋，實(shí)現(xiàn)與天線主反射面中心軸線偏離一定角度的天線波束的自旋式圓周掃描。
【專利說明】一種掃描成像應(yīng)用的光機(jī)掃描天線裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種掃描成像應(yīng)用的光機(jī)掃描天線裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]掃描成像技術(shù)，例如微波成像(含毫米波、亞毫米波成像)、太赫茲波成像，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)檢測、軍事偵察、制導(dǎo)與跟蹤、醫(yī)學(xué)成像、遙感探測、人體安檢等領(lǐng)域。特別由于微波、太赫茲波具有良好的穿透性和較高的空間分別率，能夠透過人體衣物檢測隱匿違禁物品(槍支、刀具、炸藥等)，在反恐、航空安檢等【技術(shù)領(lǐng)域】有重要應(yīng)用。
[0003]近年來，由于器件與儀器技術(shù)的發(fā)展，微波、太赫茲波成像技術(shù)不斷發(fā)展，形成了以下幾種體制:
[0004]I)單通道式的機(jī)械掃描成像:
[0005]利用單通道單個(gè)探測器的機(jī)械運(yùn)動(dòng)獲取大視域場景的目標(biāo)特性，但是由于只有一個(gè)天線波束進(jìn)行逐行、逐列的掃描，需要一定的時(shí)間來覆蓋二維成像場景，因此實(shí)現(xiàn)快速實(shí)時(shí)成像存在困難。
[0006]2)多通道式的機(jī)械掃描焦平面成像:
[0007]利用排列在聚焦拋物面天線焦平面上的接收單元各饋源的偏焦不同，產(chǎn)生多個(gè)指向不一的波束，在逐行、逐列的機(jī)械式掃描中，有多個(gè)波束同時(shí)進(jìn)行掃描，因而減小了波束覆蓋二維成像場景的行程和時(shí)間，通常用在微波波段，在太赫茲波低頻段的掃描成像中，由于單個(gè)太赫茲波探測器研制困難，器件價(jià)格高，多通道式的太赫茲波成像具有昂貴的成本，離實(shí)用階段較遠(yuǎn)。
[0008]3)光學(xué)振鏡掃描成像:
[0009]光學(xué)掃描振鏡主要是為光學(xué)應(yīng)用開發(fā)的，具有高性能旋轉(zhuǎn)電機(jī)。它包括基于運(yùn)動(dòng)電磁技術(shù)的電機(jī)和高精度的位置檢測器，主要應(yīng)用領(lǐng)域是激光束偏轉(zhuǎn)鏡片的快速精準(zhǔn)定位，能夠快速實(shí)時(shí)成像，主要應(yīng)用在太赫茲波高頻段的掃描成像，在微波與太赫茲波低頻段，由于存在遠(yuǎn)場條件和物理光學(xué)的限制，還存在應(yīng)用瓶頸。
[0010]4)電子掃描成像:利用電子掃描替代機(jī)械掃描，通過控制每個(gè)接受單元相對(duì)應(yīng)移動(dòng)器的相位和幅度，實(shí)現(xiàn)天線波速在視域的掃描，能夠使單通道、多通道的成像系統(tǒng)快速實(shí)時(shí)成像。通常應(yīng)用在器件價(jià)格低廉、技術(shù)簡單的微波低頻端，在微波高頻段、太赫茲波低頻端，設(shè)計(jì)有效的電子掃描器件相當(dāng)困難、價(jià)格昂貴，且饋電系統(tǒng)損耗很大，因此在微波高頻段、太赫茲波低頻段的應(yīng)用不多。
[0011]5)光機(jī)掃描成像:對(duì)于微波、太赫茲波電磁輻射與散射的掃描成像來說，純粹的使用機(jī)械式的掃描，在成像的精度、時(shí)間上難以達(dá)到實(shí)用要求，因此，通常采用拋物面聚焦系統(tǒng)一卡塞格倫光學(xué)系統(tǒng)，將地物的微波、太赫茲波電磁輻射能量聚焦到探測器，再利用幾何光學(xué)的透射、折射或反射，通過光學(xué)器件本身的旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)形成一維螺旋掃描或線性掃描，加上平臺(tái)的平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)平面的掃描成像。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種掃描成像應(yīng)用的光機(jī)掃描天線裝置；具體是一種結(jié)構(gòu)簡單、信號(hào)與圖像處理簡單、成像精度好、成像時(shí)間快、可用于單個(gè)探測器，亦可用于多個(gè)探測器，成本低廉，特別適用與微波(300MHz?300GHz)和太赫茲波低頻段(300GHz?ITHz)的二維快速掃描成像。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0014]一種掃描成像應(yīng)用的光機(jī)掃描天線裝置，包括主反射面(6)、饋源(5)、副反射面
(7)、自旋電機(jī)(3)、探測器，所述光機(jī)掃描天線裝置為卡塞格倫天線結(jié)構(gòu)，所述的饋源(5)與探測器連接在一起，連接位置為饋源(5)末端；所述的饋源(5)與主反射面(6)連接在一起，連接位置為饋源(5)中段、主反射面(6)中心處；所述的主反射面(6)中心軸與饋源(5)中心軸重合；所述的副反射面(7)為拋物面；所述的副反射面(7)的中心軸線與主反射面
(6)中心軸線呈一定角度；所述的副反射面(7)的凸面與主反射面(6)的凹面相對(duì)；所述的副反射面(7)背面與自旋電機(jī)(3)相連接；所述的自旋電機(jī)(3)的軸與主反射面(6)中心軸重合；所述的自旋電機(jī)(3)自旋時(shí)，帶動(dòng)副反射面(7)自旋；所述的副反射面(7)自旋，形成卡塞格倫天線波束的圓周掃描；所述的自旋電機(jī)(3)、副反射面(7)，通過天線支架或天線罩與主反射面(6)連接。
[0015]所述的光機(jī)掃描天線裝置，所述的副反射面(7)為非拋物面。
[0016]和現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0017]1、通過卡塞格倫天線的副反射面一定角度的傾斜，實(shí)現(xiàn)天線波束與天線主反射面中心軸線的一定角度的偏離；
[0018]2、通過該傾斜的副反射面的繞天線主反射面中心軸線的自旋，實(shí)現(xiàn)與天線主反射面中心軸線偏離一定角度的天線波束的自旋式圓周掃描；
[0019]3、在實(shí)現(xiàn)天線波束的快速圓周掃描的前提下，對(duì)整個(gè)天線系統(tǒng)進(jìn)行豎直或水平的一維平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)成像場景的天線波束二維覆蓋，實(shí)現(xiàn)快速掃描成像；
[0020]4、本發(fā)明中的饋源，工作于微波頻率、太赫茲波頻率，因而發(fā)明可以提供微波掃描成像、太赫茲波掃描成像的快速掃描裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明掃描成像應(yīng)用的光機(jī)掃描天線裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為通用的卡塞格倫天線的增益方向圖；
[0023]圖3為本發(fā)明的副反射面傾斜的卡塞格倫天線的增益方向圖；
[0024]圖4為本發(fā)明掃描成像應(yīng)用的光機(jī)掃描天線裝置的工作狀態(tài)示意圖；
[0025]I天線波束，2天線波束軸，3自旋電機(jī)，4天線支架，5饋源，6主反射面，7副反射面，8副反射面中心軸，9主反射面中心軸，10天線波束圓周掃描軌跡；
【具體實(shí)施方式】
[0026]以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0027]參考圖1，掃描成像應(yīng)用的光機(jī)掃描天線裝置，包括主反射面6、饋源5、副反射面
7、自旋電機(jī)3、探測器，所述光機(jī)掃描天線裝置為卡塞格倫天線結(jié)構(gòu)，所述的主反射面6為拋物面；所述的饋源5與探測器連接在一起，連接位置為饋源5末端；所述的饋源5與主反射面6連接在一起，連接位置為饋源5中段、主反射面6中心處；所述的主反射面6中心軸與饋源5中心軸重合；所述的副反射面7為拋物面；所述的副反射面7的中心軸線與主反射面6中心軸線呈一定角度；所述的副反射面7的凸面與主反射面6的凹面相對(duì)；所述的副反射面7背面與自旋電機(jī)3相連接；所述的自旋電機(jī)3的軸與主反射面6中心軸重合；所述的自旋電機(jī)3自旋時(shí)，帶動(dòng)副反射面7自旋；所述的副反射面7自旋，形成卡塞格倫天線波束的圓周掃描；所述的自旋電機(jī)3、副反射面7，通過天線支架或天線罩與主反射面6連接。
[0028]本發(fā)明在通用的卡塞格倫天線的基礎(chǔ)上，利用副反射面7中軸線與主反射面6中軸線之間的傾斜，傾斜角度Q1為除O和180之外的角度，優(yōu)選為銳角)，實(shí)現(xiàn)天線波束偏離主反射面中軸線，向副反射面傾斜的方向偏離一定的角度Θ 2 ;通過與副反射面相連的自旋電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)副反射面沿主反射面中心軸線自旋，實(shí)現(xiàn)偏離主反射面中軸線一定角度θ2的天線波束實(shí)現(xiàn)相應(yīng)方向的圓周掃描；副反射面的自旋頻率取決于掃描成像所需的時(shí)間和探測器后端的信號(hào)采樣頻率；與副反射面相連的自旋電機(jī)可采用步進(jìn)電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)掃描位置與信號(hào)的同步，也可采用其他形式電機(jī)，通過空間位置定位的方法，實(shí)現(xiàn)掃描位置與信號(hào)的同步。
[0029]如圖2所示，為通用的卡塞格倫天線的增益方向圖，其副反射面中軸線與主反射面中軸線不傾斜，即θ1=0°，兩根軸重合在一起，此時(shí)，天線波束的主波束方向，即最大增益方向與主反射面中軸線重合，S卩θ2=0°，其他方向增益基本以主反射面中軸線為對(duì)稱軸，對(duì)稱分布；
[0030]如圖3所示，為本發(fā)明的副反射面傾斜的卡塞格倫天線的增益方向圖，其副反射面中軸線與主反射面中軸線傾斜所成角度即圖中即01=10° )，此時(shí)，天線波束的主波束方向，即最大增益方向與主反射面中軸線有偏離，偏離角度為θ2 (圖中經(jīng)過幾何光學(xué)的仿真計(jì)算，得到θ2=3° );其他方向增益基本以此02角方向?yàn)閷?duì)稱軸，非對(duì)稱分布；
[0031]如圖4所示，通過與副反射面相連的自旋電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)傾斜Θ I角度的副反射面沿主反射面中心軸線自旋，實(shí)現(xiàn)偏離主反射中軸線一定角度θ2的天線波束實(shí)現(xiàn)相應(yīng)方向的圓周掃描；在實(shí)現(xiàn)天線波束不間斷的自旋圓周掃描后，在掃描成像系統(tǒng)的應(yīng)用中，將整個(gè)天線裝置在其進(jìn)行自旋圓周掃描的同時(shí)，進(jìn)行豎直或水平的一維平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)成像場景的二維波束覆蓋，實(shí)現(xiàn)掃描成像技術(shù)中關(guān)鍵的快速波束二維掃描功能。
[0032]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)波束自旋圓周掃描功能的卡塞格倫天線，在本發(fā)明中為帶有主反射面和副反射面的雙拋物面天線，也可以通過非拋物面副反射面的天線實(shí)現(xiàn)；
[0033]本發(fā)明中，在實(shí)現(xiàn)波束自旋圓周掃描后，不僅可以通過豎直和水平方向的一維平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)來共同實(shí)現(xiàn)成像場景的二維覆蓋，而且可以通過各種方向的一維平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)、單行列乃至多行列的來回平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)等形式，實(shí)現(xiàn)成像場景的波束掃描覆蓋；
[0034]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0035]1、結(jié)構(gòu)簡單，易于加工和調(diào)試，產(chǎn)品成本低。
[0036]2、用于二維掃描成像系統(tǒng)，由于自旋圓周掃描的速度較快，因而成像的時(shí)間基本只決定于豎直或水平的一位平動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)速度，因而實(shí)現(xiàn)快速掃描成像；
[0037]3、特別適用于單通道或較少通道的掃描成像系統(tǒng)。與一般的單通道或較少通道的掃描成像系統(tǒng)相比，由于圓周掃描的存在，能夠大大提高掃描成像的時(shí)間；與多通道的掃描成像系統(tǒng)相比，能夠提供與多通道掃描成像系統(tǒng)相當(dāng)?shù)某上袼俣群统上褓|(zhì)量，且由于通道數(shù)的減小，大大減少成本和產(chǎn)品重量。
[0038]應(yīng)當(dāng)理解的是，對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，而所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種掃描成像應(yīng)用的光機(jī)掃描天線裝置，其特征在于，包括主反射面(6)、饋源(5)、副反射面(7)、自旋電機(jī)(3)、探測器，所述光機(jī)掃描天線裝置為卡塞格倫天線結(jié)構(gòu)，所述的饋源(5)與探測器連接在一起，連接位置為饋源(5)末端；所述的饋源(5)與主反射面(6)連接在一起，連接位置為饋源(5)中段、主反射面(6)中心處；所述的主反射面(6)中心軸與饋源(5)中心軸重合；所述的副反射面(7)為拋物面；所述的副反射面(7)的中心軸線與主反射面(6)中心軸線呈一定角度；所述的副反射面(7)的凸面與主反射面(6)的凹面相對(duì)；所述的副反射面(7)背面與自旋電機(jī)(3)相連接；所述的自旋電機(jī)(3)的軸與主反射面(6)中心軸重合；所述的自旋電機(jī)(3)自旋時(shí)，帶動(dòng)副反射面(7)自旋；所述的副反射面(7)自旋，形成卡塞格倫天線波束的圓周掃描；所述的自旋電機(jī)(3)、副反射面(7)，通過天線支架或天線罩與主反射面(6)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光機(jī)掃描天線裝置，其特征在于，所述的副反射面(7)為非拋物面。
【文檔編號(hào)】H01Q19/19GK103579761SQ201310519862
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月29日
【發(fā)明者】時(shí)翔, 殷娟, 季芳, 王東亞 申請人:常州芯飛寧電子有限公司