[发明专利]一种共天线的太赫兹主动雷达成像阵列

说明书

本发明公开一种共天线的太赫兹主动雷达成像阵列，包括设在本地振荡器一侧的能在接收和\或发射模式下工作的天线阵列，通过控制构成天线阵列的阵元的共用天线的发射链路或接收链路的偏置电压从而实现在接收模式、发射模式以及完成收发功能的发射‑接收工作模式的切换，从而使所述天线阵列分别可作为发射阵列、接收阵列和收发阵列三种模式来进行使用。本发明在不改变成像规模和不影响发射链路与接收链路正常工作的前提下，降低天线阵列的使用个数，提高芯片面积的利用率并降低加工成本。

技术领域

本发明涉及太赫兹成像技术领域，特别是涉及一种共天线的太赫兹主动雷达成像阵列，特别是一种太赫兹雷达成像阵列收发链路共用天线的架构。

背景技术

太赫兹波是电磁波谱上介于微波与红外光之间的电磁波，其频率在0.1～10THz左右，波长对应3mm～30μm。太赫兹技术是目前信息科学技术研究的前沿与热点领域之一，近几年来，受到世界各国研究机构的广泛关注。由于太赫兹频率高，具有很高的时域频谱信噪比，并且不同的物体吸收太赫兹频率各不相同，产生不同的频谱特性。因此，太赫兹技术被越来越多地应用在成像领域，实现对物体高精度的检测。

在太赫兹成像系统的设计中，考虑到成像阵列的规模比较大，为了满足低成本和应用的需求，基于半导体工艺的太赫兹收发机芯片在未来的产品应用上的优势越来越明显。在基于半导体工艺实现太赫兹成像系统过程中，因为工艺特性和太赫兹频率的特点，在设计的过程中面临着很多的问题，比如：趋肤效应、互联线、寄生参数、传输损耗大等。因此在设计基于半导体工艺的太赫兹芯片时，难度非常大，在设计的过程需要进行一步步的验证，并且在测试的过程中能够对每个链路的性能进行正确的评估，若出现问题需要快速对有问题的模块进行定位。同时，为了满足实际应用需求，成像芯片需要多个收发模块组成阵列，共同完成成像的任务。在传统的时分双工(Time Division Duplexing，简称“TDD”)太赫兹成像阵列实现的过程中，存在着收发耦合严重，隔离有限，同一时刻发射天线阵和接收天线阵只有一个进行工作。但是这样会因为收发天线阵的同时存在占用大量的芯片面积，大大增加流片加工的成本以及设计的风险。

综上所述，为了解决传统的TDD的太赫兹成像阵列中存在的问题，减小相同阵列的面积，就必须提出一种新的太赫兹雷达成像架构提高成像阵列芯片面积的利用率，并能够降低加工成本的新的成像阵列架构。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种共天线的太赫兹主动雷达成像阵列。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种共天线的太赫兹主动雷达成像阵列，包括设在本地振荡器一侧的能在接收和\或发射模式下工作的天线阵列，通过控制构成天线阵列的阵元的共用天线的发射链路或接收链路的偏置电压从而实现在接收模式、发射模式以及完成收发功能的发射-接收工作模式的切换，从而使所述天线阵列分别可作为发射阵列、接收阵列和收发阵列三种模式来进行使用。

所述天线阵列包括多个能在接收和\或发射模式下工作的阵元，多个所述阵元间相连接，每个所述阵元的天线为可重构天线，所述可重构天线分别连接接收电路与发射电路；所述接收电路与发射电路分别连接控制发射链路或接收链路开关状态的偏置电路。

所述本地振荡器的相邻的两个振荡器之间、在水平和垂直方向上分别引入移相器，实现差分控制分别来改变阵列上行和列的相位，用来调整本地振荡器的相位和频率，从而实现阵列中不同位置处本地振荡器的相位同步与提取，完成整个太赫兹阵列的主动成像。

本发明提出的太赫兹收发共用天线阵列的主动雷达成像架构，在不改变成像规模的前提下，将传统TDD成像芯片中的收发阵列进行有效优化，通过收发天线阵列共用的思想，采用一个天线阵列既能满足发射阵列链路的需求又能满足接收阵列链路的需求。

其中，天线阵列中的阵元的天线为可重构天线，通过结合可重构天线和控制发射链路或接收链路的偏置电压从而实现不同的模式的切换。