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辐射计利用被动接收目标辐射能量来探测目标,广泛应用于射电天文、导航、低能见度条件成像、安检等领域。辐射计前端作为辐射计系统的重要组成部分,其性能直接影响系统的指标。研究辐射计前端可以解决焦平面毫米波被动成像的关键技术问题,打破西方国家的技术封锁,满足我国军事和民用的急需。本文分析了辐射计的两种常用体制,对W波段直接检波式辐射计前端进行了详细研究。采用电磁场仿真软件HFSS和电路仿真软件Ansoft Designer以及ADS相互结合的方法,在对MMIC与集成传输线间键合结构、宽带低噪声放大器(LNA)和高灵敏度宽带检波器等关键技术研究的基础上,实现了W波段辐射计前端的模块化,满足了焦平面毫米波被动成像系统的小型、实时和宽带的要求,并成功进行了单通道定标和扫描成像实验。在对MMIC芯片和微带线间键合金丝研究基础上,借助Ansoft Designer和HFSS的联合仿真,通过设置合理的匹配电路,成功扩展了LNA的带宽,增益高于10 dB的频带为75~103 GHz,增益高于15 dB的频段为87~92 GHz。测试结果验证了LNA的MMIC芯片匹配结构设计的正确性和必要性。在对检波二极管阻抗模型、波导-微带宽带过渡结构、输出低通滤波器(LPF)结构研究的基础上,探索了从窄带到宽带的匹配电路拓扑结构。同时广泛采用类SIW结构的电路基片两侧的接地通孔,有效抑制了电路谐振。测试表明:75~103 GHz宽频带内,电压灵敏度大于500 mV/mW,带内最好响应达到5200 mV/mW。在视频带宽约为70 Hz的条件下测得75~105 GHz带内切线灵敏度低于-50 dBm,部分频点达到-64 dBm。最终实现的W波段辐射计前端模块外部尺寸小于60×20×13mm~ 3,积分时间2.5 ms,在23 GHz带宽内都有明显响应,灵敏度约为0.83 K。模块设计考虑了通道内、通道间的电磁兼容以及阵列成像对模块间距的要求,可以组建大规模阵列以提高成像速率。