用于微波图像传感矢量网络分析仪

生物组织成像技术包括使用超声、x射线、计算机断层扫描(CT)和磁共振成像(MRI)^[1]。超声成像是一种安全、无创的技术，在医疗保健中有着广泛的应用。超声波可以用来产生软组织的图像，这些图像在x射线上不能很好地显示出来。超声成像具有无创、不游离、成像实时、便携、成本低等优点，是临床前和临床应用的理想工具。超声成像的主要缺点是其有效性很大程度上取决于操作者。

在x射线成像中，x射线穿过目标，目标的内部结构吸收或散射部分x射线，剩余的x射线形成一种模式，被感知并进行处理。由于x射线的波长极短，x射线技术具有非常高的分辨率，但光子的高能量可能对人体健康产生负面影响。研究表明，微波的波长比x射线长得多，在图像传感方面具有很大的潜力。

据报道，微波图像传感已被用于对乳房、骨骼和大脑进行成像。如图1所示，传统的微波图像传感系统使用商用矢量网络分析仪(VNA)，这是一种功能强大且高灵敏度的设备。发射天线和接收天线分别连接到VNA的端口1和端口2，组成图像传感系统。

图1. 传统的微波图像传感系统^[1]

图2给出了所提出的x波段VNA的架构。由于增益/相位检测器的最大工作频率远低于x波段的频率，因此所提出的VNA的发射机和接收机均采用单转换架构，而不是传统的直接转换架构。单转换结构防止频率合成器被功率放大器(PA)的强输出信号注入-拉。抽注会显著改变频率合成器输出信号的相位，从而降低测量精度。频率合成器合成整个系统的本振(LO)信号。

在频率合成器的反馈回路中，将LO信号除以3，同时合成发射机的中频信号。然后发射机通过将中频信号与本LO信号混合，将中频信号上变频为所需的射频频率进行传输。在传输信号被放大到所需的功率水平后，通过连接到VNA端口1的高定向喇叭天线辐射到SUT。

为了精确测量由SUT引起的传输信号的幅值和相位的变化，需要一个额外的参考信号。如图2所示，射频信号耦合到接收器并用作参考信号。在接收机中，一个开放式波导天线连接到VNA的端口2接收微波信号，该信号从喇叭天线辐射并穿透SUT。

图2. 提出了一种用于微波图像传感的x波段VNA^[1]

[1] Peng, Kang-Chun; Lin, Chiu-Chin; Li, Cyuan-Fong; Hung, Cheng-Yuan; Hsieh, Yu-Sung; Chen, Chien-Chang (2019). A Compact X-Band Vector Network Analyzer for Microwave Image Sensing.

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