毫米波扫描成像系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通过使用波长在毫米范围中的电磁波用于生成物体图像的毫米波扫描成像系统。
【背景技术】
[0002]在DE 102009 047300A1中公开了使用电磁RF辐射的食物扫描设备。其具有用于生成RF辐射并且将该辐射引导到食物物品的源。反射的辐射被接收器接收并分析，以获取关于食物的成分的信息。
[0003]在US 2002/0044276 Al公开了使用毫米波的扫描成像系统。这里，扫描反射器被用来扫过周期扫描模式，以将毫米波能量从目标物体重新引导到检测器。
【发明内容】
[0004]本发明待解决的问题是提供用于连续扫描物体的毫米波扫描器。进一步的目的是实现具有低失真的高分辨率扫描。此外，一个目的是提供相对简单、有成本效益的和免维护的扫描器。本发明的另一目的是提供旋转扫描部分，该部分以恒定的且独立于扫描角度的偏振来传递和接收电磁波。
[0005]在独立权利要求中描述了该问题的解决方案。而从属权利要求涉及本发明的进一步改进。
[0006]在第一个实施例中，扫描成像系统使用电磁波，优选地使用射频能量(或信号)，来扫描物体。优选地，电磁波的波长在毫米范围内。优选的频率范围是在30GHz和300GHz之间。本文公开的实施例还可以用于厘米波(3GHz到30GHz)或者亚毫米波(300GHz到3ΤΗζ) ο光也可以用于扫描。
[0007]待扫描的物体优选为通过运送装置在第一方向上移动或者运送，所述运送装置优选为输送带。可以使用其他运送装置，如小车或滑块。这里，输送带是优选的，因为其以预定和恒定的速度提供该物体的运送，并且其具有恒定的物体吞吐量。至少一个用于发射和/或接收电磁波的天线在第二方向上移动，该第二方向相对于第一方向大约成直角。移动也可以在曲线轨迹上进行。优选具有独立的第一发射天线和第二接收天线。也可以具有多个发射天线和/或接收天线。此外，优选地在天线之间具有间隙，物体可以移动通过该间隙。这允许物体的传送测量。在备选实施例中，两根天线可以布置在物体的一侧，以允许反射测量。可替代地，可以有用于发射和接收信号的公共天线。为了获得发射和接收天线的连续移动，天线优选被布置在旋转体上。该旋转体优选为盘形。其可以是保持天线中的至少一个的盘。其可以保持和/或支撑如位置传感器或平衡配重的其他部件。如果有两个旋转体，旋转体进一步优选地同步旋转，并且将发射天线和接收天线保持彼此相对。旋转体可以由皮带或齿轮驱动。如果旋转体具有流体支承件，其进一步优选地为空气支承件或者液体支承件，或者可替代地为磁性支承件。这样无摩擦的支承件允许相对高的旋转速度，从而允许高的扫描速度。
[0008]发射天线被连接到发射器系统，而接收天线被连接到接收器系统。发射器系统传递RF能量，而接收器系统接收该能量并且生成待在图像处理单元中使用以生成图像的信号。优选地，图像处理单元评估被接收天线接收的信号的幅值和/或相位，并且最优选地将其与被发射天线发射的信号作比较。此外，可以评估偏振的变化。优选地，发射器系统和/或接收器系统是静止的且不旋转，因为这减少旋转的质量并且因此增加旋转速度和扫描速度。为了将RF能量(或者本文也指电磁波或者信号)从发射器系统传输到发射天线，第一波导系统被提供。该第一波导系统具有至少第一旋转接头，以在静止部分和旋转部分之间耦合。优选有用于将电磁波从接收天线耦合到接收器的第二波导系统。还优选地，该波导系统具有第二旋转接头，以在旋转和静止部分之间耦合电磁波。
[0009]发射和接收天线用弧形的移动从一侧到另一侧跨过输送带。优选地，该移动在输送带的中心处具有垂直于输送带的移动方向的切线。一般而言，该弧形的移动大致代表垂直于(或者成直角)输送带的移动方向的移动。
[0010]在优选实施例中，波导系统在旋转过程中至少跨输送带上的扫描移动的弧形部分，保持电磁场的方向或者电磁波的偏振恒定。这通过使用来自发射器系统的具有H11模式的波来完成。发射器系统可以具有发射器，其直接在圆形波导中生成具有H11模式的波。替代的方式可以是通过模式转换器将来自发射器的可以以H1。模式由矩形波导引导的电磁波转换为具有H11模式的波。这样的模式转换器可以是具有在两种波导类型之间连续转换的波导。其还可以集成到OMT (正交模耦合器)中。也可以在发射器和接收器之间的信号路径中的任何其他位置有0ΜΤ。该H11模式被在第一静止圆形波导中引导，该第一静止圆形波导与第一旋转接头相连。第一静止圆形波导可以是一段非常短的波导，其可以集成到模式转换器或者第一旋转接头。该第一旋转接头是用于在两端连接使用H11模式的圆形波导的旋转接头。最优选地，其为具有用于电学地闭合旋转部分之间的间隙的至少一个λ/4变换器(transformer)的圆形波导。这也可以叫做λ/4扼流圈(choke)。第一旋转接头的旋转侧被耦合到第一旋转圆形波导，以将电磁波传输到第一天线。优选地，第一天线是圆形的、圆锥形的或者指数型角状天线。一般而言，尽管角状天线是优选的，但是这里使用的天线可以是适于发射和接收毫米波信号的任何种类的天线。优选地，角状天线具有圆形横截面，并且还可以被称作圆形横截面天线或者角状物。它们可以进一步具有圆锥形或者指数型形状。
[0011]通过使用之前提到的旋转接头和圆形波导，电场的方向(和偏振)相对于静止部分在旋转过程中保持恒定。这帮助改善扫描质量和分辨率。这里，术语“圆形波导”和“圆形天线”涉及具有大约圆形横截面的波导和天线。这样的天线可以进一步有圆锥形形状。
[0012]优选地，在第二侧为用于接收信号并连接到接收器系统的第二天线提供相似的布置。在这里，接收器系统也可以包括从圆形波导直接接收H11模式的信号的接收器，或者转换器被提供用于将这样的H11模式的信号转换成在矩形波导内的H i。模式。
[0013]在备选实施例中，最先进的旋转接头被用来将信号从作为接收天线的第二天线传输到接收器。这样的旋转接头一般可以具有作为使用H1。模式的矩形波导的输入和输出。由于接收天线系统(包括旋转接头)的偏振的旋转，可能会有一些信号的衰减，该信号衰减可以通过计算来补偿。尽管前述实施例涉及使用H11模式的圆形波导，但是可以有具有相似性质并且可以用作备选方式的其他模式。这样的模式为在脊形或波纹状的圆形波导或者涂覆有电介质的圆形波导中的HE11模式。其他的实施例可以将HE1^式用于电介质波导。这样的电介质波导也可以是光纤。
[0014]另一实施例涉及用于操作具有耦合到旋转圆形天线的静止发射器的扫描成像系统的方法。来自发射器的信号以H1。模式经由第一静止矩形波导传输，经由用于将H i。模式的信号转换成H11模式的信号的模式转换器，该信号进一步被经由第一静止圆形波导耦合，该第一静止圆形波导将该H11信号携带到第一旋转接头，以将H n模式的信号耦合进入到第一旋转圆形波导，该第一圆形波导还将该信号耦合到天线。该方法可以与这里公开的所有其他实施例结合。
【附图说明】
[0015]以下，在不限制总的发明构思的情况下，将参考附图以示例的方式描述本发明的实施例的示例。
[0016]图1以侧视图示出了透射扫描成像系统的第一实施例。
[0017]图2以俯视图示出了扫描成像系统的第一实施例。
[0018]图3以侧视图示出了反射扫描成像系统的第二实施例。
[0019]图4详细示出扫描过程。
[0020]图5示出发射器和接收器之间的信号路径。
[0021]图6示出使用标准旋转接头的备选实施例。
[0022]图7以俯视图示出了由第一圆形天线发射的电磁波的方向。
[0023]图8以俯视图示出了由第一矩形天线发射的电磁波的方向。
[0024]图9示出非旋转电场对扫描的影响。