调频连续太赫兹波成像的信号探测与采集系统设计

【摘要】：太赫兹（Terahertz）波通常是指频率处于0.1THz-10THz之间的电磁辐射，由于其频率较高、光子能量低、对大多数非极性物质透视性强等优良特性，近年来，太赫兹通讯、光谱分析、成像系统方面研究和应用成为前沿和热点。太赫兹成像检测系统由于其安全性好、对被测物质选择性强等优点，在无损检测和安全检测领域具有很高的研究和应用价值。 本文以研究一套可用于安检的太赫兹成像系统为目标开展工作。根据提出的检测对象要求和技术指标，通过对现有主要的THz波产生与探测及各类成像方式的分析对比，提出了基于单源-单探头-反射式的调频连续太赫兹波成像系统方案，并重点研究和设计了探测与采集关键子系统。首先对调频技术相关原理进行了详细阐述，并对影响成像分辨率的技术指标进行了分析。然后，根据成像系统的类型及特点对探测系统进行了理论设计，通过对不同探测结构优缺点的对比分析，提出了系统采用“非相干双频率源实现系统相干”结构，并给出了设计的指标要求，通过对调频信号的发射、回波接收以及混频的理论推导得到了发射、回波及中频信号模型，并对其进行了仿真，在理论上验证了成像系统设计的可行性。 最后针对中频输出信号及系统扫描位置等同步信号要求设计了数据采集系统，包括硬件设计和逻辑设计。根据系统扫描、探测设计要求，完成了关键器件的选型和PCB设计；通过模块化设计实现了对探测器输出中频信号以及位置信息的采集，并对实现结果进行了分析，说明采集系统能满足5MHz的采样频率要求。