[發明專利]一種便攜式太赫茲被動式彩色照相機

有效

• 申請號: 201310073496.0
• 申請日: 2013-03-07
• 公開（公告）號: CN104038707B
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發明（設計）人: 呂昕;牟進超;郭大路;馬朝輝;郝海東;盧宏達;朱思衡;劉埇;司黎明;孫鈺;王志明
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H04N5/30
• 分類號: H04N5/30;H01Q19/06;H01Q21/00
• 代理公司: 北京思睿峰知識產權代理有限公司11396
• 代理人: 龔海軍

技術領域

本發明涉及太赫茲成像技術領域，具體涉及一種便攜式太赫茲被動式彩色照相機。

背景技術

太赫茲(Terahertz，THz)波通常指的是頻率在0.1THz～10THz(波長3mm～30μm)范圍內的電磁輻射(1THz＝10¹²Hz)，它在電磁波譜中介于微波和紅外輻射之間。太赫茲波輻射在成像應用中可具有如下特點：太赫茲波輻射可以穿透很多普通的非金屬遮掩材料，探測到隱匿物體；太赫茲波的波長足夠短，可獲得較高的成像空間分辨率，或實現危險物高精度定位；太赫茲頻率的電磁波輻射對有機體是非電離的，因此在適當的強度下使用，對人體比較安全；相比于微波毫米波成像系統，同樣的圖像分辨率下，太赫茲成像系統體積更小。太赫茲輻射的上述特點決定了太赫茲成像具有廣闊的應用前景，是國際上的研究熱點之一。

但是目前的太赫茲成像設備存在一些問題：

1、通常工作在一個頻率。采用單一太赫茲頻率，雖然可以有效發現目標并對目標實現成像，但是由于目標輻射特性的復雜性，在有效的目標輻射強度或特征識別上存在問題。

2、.通常采用單像素掃描結構，不能實時成像，分辨率有待提高。

3、.通常采用直接檢波方式，或者較少像素的外差接收方式。如果采用直接檢波方式，雖然可以較容易的實現大規模陣列的焦平面成像，但是靈敏度較低且缺失了相位信息；如果采用外差接收方式，每個通道均需要本振信號，因此中頻電路復雜且體積較大，不適宜便攜式使用。

4、在現有的太赫茲多像素系統中，通常采用喇叭天線結構和準光透鏡的兩種形式。對于喇叭天線結構，由于頻率高，因此加工難度大，且一致性難以保證；另外，像素間距受到喇叭天線尺寸的約束。對于準光透鏡，由于采用一個大透鏡，因此位于透鏡不同半徑處的像素所接收的信號相位有差別，不能有效利用相位信息；且隨著像素個數(陣列規模)的增加，透鏡尺寸增加，不利于小型化。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的上述缺點，提供一種便攜式太赫茲被動式彩色照相機，采用太赫茲多波束準光混頻器作為主要的接收與變頻元件，集成度高，十分適用于二維大規模成陣，整體的接收機體積和重量小，能在復雜背景環境下提高目標的識別能力，實時成像，具有較好的分辨率和較高的靈敏度。

根據本發明的第一方面，提供了一種太赫茲多波束準光混頻器，包括N1×N2個像素，太赫茲多波束準光混頻器將收到的太赫茲射頻信號和太赫茲本振信號進行混頻，產生N1×N2路混頻輸出信號，N1、N2為≥1的自然數，每一路混頻輸出信號對應一個像素，每一路混頻輸出信號稱為每一像素混頻輸出信號。

可選擇地，太赫茲多波束準光混頻器包括高阻介質透鏡和混頻天線芯片，混頻天線芯片包括相同結構的N1×N2個混頻天線，排列成N1行，N2列；高阻介質透鏡采用復眼透鏡，復眼透鏡包括小透鏡陣列和擴展底座，小透鏡陣列位于擴展底座上，小透鏡通過擴展底座與混頻天線實現信號間的傳輸；小透鏡陣列包括N1×N2個小透鏡，小透鏡與混頻天線一一對應，小透鏡的中心與其對應的混頻天線的中心位于同一軸線上，一個像素包括一個混頻天線和一個小透鏡。

可選擇地，混頻天線芯片的襯底材料緊貼高阻介質透鏡的擴展底座，高阻介質透鏡的相對介電常數εr＝(1±0.1)×εr1，εr1為混頻天線芯片襯底的相對介電常數，高阻介質透鏡的形式為半球透鏡、橢球透鏡、超半球透鏡、擴展半球透鏡之一。

可選擇地，太赫茲多波束準光混頻器的混頻天線芯片包含相同結構豎直方向的N1×N2個混頻天線，排列成N1行，N2列，各混頻天線中心線行間距和列間距均為d，相鄰兩行向左或向右錯開d/2間距，其中，d＝1.22λF/M，λ為太赫茲射頻信號的波長，F為太赫茲多波束準光混頻器的焦距與高阻介質透鏡口徑的比值，M為采樣次數，采樣次數M≥2。

可選擇地，混頻天線包括片上天線和反向平行二極管對，反向平行二極管對置于片上天線的饋電端口，反向平行二極管對由反向平行并聯的第一肖特基二極管和第二肖特基二極管組成，其中，第一肖特基二極管的陽極與第二肖特基二極管的陰極連接，第一肖特基二極管的陰極與第二肖特基二極管的陽極連接。

可選擇地，混頻天線芯片的外延材料采用三層結構，自底向上依次為半絕緣GaAs層、N+層GaAs和N-層GaAs，其中，N+層GaAs和N-層GaAs均為在GaAs中摻雜Si形成，