一种紧凑型的微波层析成像装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型是一种紧凑型的微波层析成像装置，涉及图像成型领域。
【背景技术】
[0002]微波层析成像利用低功率微波对物质内部的介质特性进行成像，从而对物质内部的性质进行测量、分析和评估，推断出其它物理量的分布、比例等。
[0003]从原理上，微波层析成像利用天线进行微波的辐射和接收，微波通过一个天线向成像区域内物质的一个入射方向辐射，辐射的微波与物质的介质特性产生作用形成一个散射波，然后通过另一个天线沿一个散射方向接收散射波，如此构成一对天线之间的微波信号传输，再利用微波检测器测量散射波信号的幅度和相位。为了获得在不同方向入射微波情况下多个方向散射波的数据，微波层析成像系统一般采用多个天线，这些天线均匀地排放在成像区域的边缘，在获得这些散射场的数据之后，利用图像重建方法重建成像区域内物质的介质特性，形成图像。在图像重建中，成像区域一般采用柱体形状模型，假定在柱体成像区域内物质的介质特性沿轴向方向没有变化，微波层析成像中三维图像重建的过程便简化为二维图像的重建，这二维图像重建的方法减少了许多数学运算。
[0004]在本实用新型以前，微波成像系统一般采用单偶极子的天线形成天线阵列。美国专利W02006/069195阐述了一个采用单偶极子天线构成天线阵列的微波成像系统。Z.Wu等(Microwave-tomographic system for oil and gas multiphase flow imaging, 1PMeasurement Science and Technology, 2009 年第 20 卷 104026)文献中也阐述基于单偶极子的微波成像系统。由于单偶极子的最佳辐射频率是在它的长度接近四分之一波长，所以在低频微波波段单偶极子的物理长度可能远大于成像区域横截面的直径。在这样的情况下，物质沿柱体成像区域轴向方向的不均匀性会给快速、有效的二维图像重建方法带来很大的误差。本实用新型提出采用螺旋天线进行发射和接收微波信号，以缩短天线沿柱体成像区域轴向方向的长度，降低物质沿柱体成像区域轴向方向的不均匀性对成像系统的影响，确保图像质量。
【发明内容】
[0005]本实用新型提供一种紧凑型的微波层析成像装置，用于生成物质介电常数的图像。本实用新型提供一种紧凑型的微波层析成像装置的成像方法，利用低功率微波实现成像。
[0006]本实用新型采取的技术方案为:
[0007]一种紧凑型的微波层析成像装置，包括一个柱形成像区域、一个多个天线构成的天线阵列，一个天线阵列基板，其特征在于，所述天线阵列中的每一个天线由螺旋天线构成；天线阵列环绕柱形成像区域；每一个螺旋天线具有微波信号连接口 ；每一个螺旋天线能够辐射微波或者接收微波；螺旋天线之间通过柱形成像区域进行微波信号传输；螺旋天线的轴向方向与所述柱形成像区域横截面垂直，与所述天线阵列基板垂直。
[0008]每个螺旋天线的环与环之间等距；螺旋环在的轴向方向的投影形状为圆形或方形；每个螺旋天线有个共地。
[0009]每个螺旋天线工作在正常模式时，螺旋天线的最大辐射方向与螺旋天线的轴向垂直。
[0010]每个螺旋天线的长度大于螺旋环在的轴向方向投影的圆形直径或方形边长。
[0011 ] 每个螺旋天线由铜、或者黄铜制成。
[0012]每个螺旋天线通过微波信号连接口与微波信号源或者微波检测器连接。
[0013]所述天线阵列基板由铝、铜、或者不锈钢材料制成，天线阵列基板为天线阵列的共地。
[0014]所述柱形成像区域包括一个柱形管道或容器以及内部区域；管道或容器的轴向方向与螺旋天线的轴向方平行。
[0015]每个螺旋天线有个SMA连接器作为微波连接口，SMA的外壳与天线阵列基板相连接，SMA的中心导线与螺旋天线相连接，SMA的外壳与中心导线之间有个介质材料隔离。
[0016]采用该一种紧凑型的微波层析成像装置的成像方法，至少有一个微波信号源，用于微波的激励，频率范围为300兆赫兹至10千兆赫兹；
[0017]至少有一个微波检测器，用于微波的检测；
[0018]至少有一个测量方法，实现所有天线之间的微波信号传输测量，包括幅度和相位的测量，形成一组测量数据，重建所述柱形成像区域内横截面上的介电常数的分布图像。
[0019]采用该一种紧凑型的微波层析成像装置的成像方法，包含一个显示方法，显示介电常数的分布图像。
[0020]采用该一种紧凑型的微波层析成像装置的成像方法，包括以下步骤:
[0021]I)、提供一个平行的螺旋天线阵列，排列在所述柱形成像区域的周边，并通过所述柱形成像区域进行信号传输。
[0022]2)、提供一个螺旋天线阵列的基板作为天线阵列的共地。
[0023]3)、提供一个测量方法，测量天线之间的信号传输，包括幅度和相位的测量。
[0024]4)、提供一个二维图像重建方法，利用螺旋天线之间的信号传输数据导出所述柱形成像区域内介电常数的分布图像。
[0025]本实用新型一种微波层析成像装置，技术效果如下:
[0026]所述装置和方法能够对螺旋天线阵列所包围区域内的物质进行成像，生成介电常数的分布图像；
[0027]所述装置能够缩短天线沿柱体成像区域轴向方向的长度，降低物质沿柱体成像区域轴向方向的不均匀性对成像结果的影响，确保图像质量。
【附图说明】
[0028]图1示出了一个根据本实用新型的第一实施方案的装置的示意侧面俯视图，包括螺旋天线以及SMA连接口的透视图。
[0029]图2示出了一个根据本实用新型的第二实施方案的装置的示意侧面俯视图，包括螺旋天线以及SMA连接口的透视图。
[0030]图3示出了一个根据本实用新型的第三实施方案的装置的示意侧面俯视图。
[0031]图4示出本实用新型的流程示意图。
【具体实施方式】
[0032]一种紧凑型的微波层析成像装置，提供一个柱形成像区域、一个多个天线构成的天线阵列，一个天线阵列基板；天线阵列中的每一个天线由紧凑的螺旋天线构成；天线阵列环绕柱形成像区域，每个天线具有微波信号连接口，用于传输微波信号，能够辐射微波或者接收微波，天线之间通过所述柱形成像区域进行微波信号传输。
[0033]天线是个辐射和接收微波的装置。天线的特性在许多教科书中已经有了详细的描述(如“天线理论-分析与设计”，巴拉尼斯，1988)。天线辐射可分为近区场和远区场，辐射场可以利用麦克斯韦方程求解。天线是形状可以是线天线和面天线，本实用新型采用螺旋天线，螺旋天线由金属线制成，环与环之间基本等距，螺旋环在的轴向方向的投影