被动毫米波(PMMW)成像通过被动检测来自目标场景天然存在的毫米波热辐射能量来形成图像。焦平面阵列(FPA)成像技术使得被动毫米波成像从单波束机械扫描的成像方式发展成为高性能的多波束覆盖场景成像的方式,因其结构简单、信息量大、实时性强、准确度高,以及不受环境、时间和气候的影响等优点,在军事和民用领域得到了广泛地应用。本论文针对便携式8mm被动焦平面成像系统应用需求,瞄准透镜聚焦天线成像特性、高增益的共轭直线渐变缝隙馈源天线、高分辨率接收阵列布阵和高灵敏度直放式接收机与馈源天线的集成等关键技术开展研究,完成了便携式8mm被动焦平面成像系统关键部件、系统原理样机及其实验系统的设计和验证实验,为实用型产品设计奠定坚实的理论基础和技术基础,对于促进便携式毫米波成像技术发展具有重要的理论意义和工程应用价值。本文首先根据口径最大应用效率和天线波束最小遮挡设计原则,分析得出透镜聚焦天线相对于反射面天线更加适合便携式成像系统的结论,并且通过孔径面的开槽分区可以使得宽角范围的聚焦特性增强;详细分析了透镜天线的成像特性,在对经透镜聚焦后目标场景像元分布特性的仿真分析结果的基础上,完成了在不同偏焦排列形式下馈源阵列天线单元间距约束的仿真计算,为后续馈源天线单元和便携式系统天馈阵列的设计奠定了理论基础和设计依据。其次提出了不同于传统渐变缝隙天线的新型结构和馈电形式。三种共轭直线渐变缝隙天线(ALTSA)采用延伸的金属化通孔以及天线顶部周期型开槽等特殊的结构形式,分别设计了3种基片集成波导(SIW)到同轴连接器的平面宽带过渡馈电结构,即微带线到SIW的过渡馈电结构、渐变槽线的接地共面波导(GCPW)到SIW的过渡馈电结构和直线槽线的GCPW到SIW的过渡馈电结构。仿真和测试结果表明,三种新型结构的ALTSA较传统结构,天线增益提高1.92dB、3dB波瓣宽度压缩12°、副瓣电平降低1.7dB、后瓣电平降低8dB。然后设计并实现了ALTSA馈源阵列和单折射双曲分区透镜天线组合的便携式8mm被动焦平面成像天馈系统,依据透镜聚焦天线的成像特性设计了3种不同排列方式(ALTSA单元对准透镜折射面中心曲线排列、ALTSA单元并排直线排列和ALTSA单元并排曲线排列)的焦平面ALTSA馈源阵列。仿真和测试结果表明,设计的ALTSA馈源阵列单元相比于同孔径的矩圆过渡喇叭馈源增益高1.9dB、3dB波瓣宽度压缩7.5°,透镜聚焦后副瓣电平低12dB,而且偏焦后副瓣不会发生剧变。再次研究设计了ALTSA馈源阵列单元和辐射计接收机的集成结构,仿真分析并实际测试了集成结构的阻抗性能、辐射特性和接收机的灵敏度。仿真和测试结果表明,集成结构的天线辐射特性和接收机灵敏度优于独立-级联结构,为便携式被动毫米波成像系统的一体化集成设计,奠定了坚实的技术基础。最后设计完成了便携式8mm被动焦平面成像系统原理样机和实验系统,并进行了系统性能验证实验。研究并设计了便携式成像系统的校准方法和成像处理流程,编制了集成转台控制与数据采集为一体的系统控制软件。典型目标场景成像的实验结果及对比分析表明,便携式被动成像系统原理样机能在全天时、全天候条件下实现楼宇和地面车辆等目标的毫米波成像。