火灾是一种极具破坏力的自然灾害之一,有效地对火灾进行灾前预警、灾中探测与灾后处理,对减少生命财产损失有着重大意义。常规的传感器、红外等探测手段在实际应用中,由于火场烟雾大、环境复杂干扰信息多等因素,在及时实现灾前预警、准确定位火灾火点以及收集浅层覆盖物下的阴燃火点信息等问题上仍存在一定不足。而微波手段主要通过被动接收火灾所辐射的能量来完成探测,具有全天时、全天候、穿透烟雾能力强和抗干扰信息能力强等特点,可作为现有探测手段的有效补充。但是现阶段的微波辐射计,并不具备应急救援成像设备所要求的成像效率高、便携性强等特点。因此,本论文从实现便携式微波火灾探测仪的设计出发,针对探测仪的天线系统中的单元天线设计、高隔离度馈源接收天线阵列设计以及焦平面成像体制等关键技术展开了研究,其主要研究内容如下:本论文首先提出了一种新型加载相位梯度墙式结构的共轭直线渐变缝隙天线作为便携式火灾探测仪天线系统的单元天线。该结构以墙的形式放置于单元天线两侧,利用超表面技术,对天线所辐射的电磁波进行精准调控,最终达到优化天线电磁场分布,改善天线性能的目的。通过仿真与实验,改进后的单元天线,E面的3d B波束宽度增大了4°,H面的3d B波束宽度增大了13°,同时增益以及旁瓣等其他指标并没有恶化。这种性能的改善有效的增大了天线系统的视场大小,扩大了扫描覆盖范围,为便携式火灾探测仪成像效率的提高起到了关键性的作用。然后对双焦广角聚焦透镜天线的聚焦与偏焦特性,以及基于相位梯度墙式结构的单元天线性能进行了综合分析,提出了一种高隔离度的馈源接收天线排布形式,完成了一种适用于火场环境探测的天线系统设计,该天线系统由3*3高性能馈源接收天线阵列与双焦广角聚焦透镜天线组成,其9个波束所覆盖的视场达到了18°*18°,满足了便携式火灾探测仪对于天线系统的大视场设计需求。最终对该天线系统配合接收机组成了简易的成像实验装置,完成了初步的成像实验。实验结果表明,该天线系统的空间分辨率以及视场等指标与理论计算值基本吻合,验证了该天线系统的正确性与合理性。