任何物体都不停地向外辐射电磁波,被动毫米波成像技术是利用毫米波辐射计探测、接收被测目标和背景的电磁辐射,根据不同物质的辐射特性不同,识别不同的物体。近年来,随着半导体材料的发展,毫米波集成电路价格日趋下降且稳定性不断提高,被动毫米波成像技术迅速发展,在安全检查、遥感、盲降、精确制导和医学等领域得到了极其广泛的应用。目前,被动毫米波成像系统正向高温度灵敏度、高空间分辨率和实时成像方向发展,这要求成像系统由单通道机械扫描向多通道成像体制转变,被动毫米波焦面阵成像技术就是其中一个重要的发展方向。　　本文在详细分析被动毫米波成像技术国内外发展现状的基础上，以室内近场探测人体衣物下隐匿物品为主要应用目标,以实现高帧频、高温度灵敏度、高空间分辨率为出发点,采用理论分析、仿真和实验的手段,研究被动毫米波焦面阵成像的关键技术,其中包括辐射温度传递模型的建立和物体毫米波辐射特性研究;近场聚焦准光理论和聚焦天线研究;高灵敏度小型化直接检波式辐射计及其阵列研究;高增益、小截面、低副瓣馈源天线及其阵列研究、系统采样和校准研究等。　　作为全篇的理论基础,本文首先根据辐射探测理论,分析了功率-温度的对应关系,建立了人体衣物下隐匿物品探测的辐射温度传递模型。该模型清楚地分析了目标的物理温度、亮度温度、天线的视在温度、辐射计等效输入噪声温度与接收机输出电压之间的关系。在此基础上，分析了室温条件下,金属或非金属隐匿物与人体的视在温度差异随环境温度、衣物透射率、频率和介质介电常数的变化,给出了室内探测人体衣物下隐匿物品对系统温度灵敏度的要求,并对典型目标的辐射率、反射率和衣物透射率进行了实验研究。　　为了获得较高的空间分辨率,减小由于系统各部分不匹配引起的温度灵敏度的损失,提高系统探测微小目标和微小温差的能力,需要对系统的准光理论进行研究,并在馈源天线与目标平面之间加入聚焦天线,以实现近场聚焦功能。本文将基模高斯波束法与几何光学法相结合,研究了分析厚透镜的解析方法,探索了系统准光路输入参数与束腰半径、透镜天线口径、馈源天线增益、透镜对高斯波束的截断电平之间的关系,并采用聚四氟乙烯作为材料,制作双曲透镜,进行仿真和实验研究。该透镜在正馈和偏馈条件下具有良好的聚焦特性和较大的焦深,理论分析与实测误差较小,可见,该方法具有较高的准确性和较低的计算复杂度,并且易于进行误差分析。此外,研究了一种基于电流密度法的反射面天线分析方法,并对椭球天线的近场聚焦和偏焦特性进行了分析,该方法在分析反射面近场聚焦特性时速度较快,准确性较高,通过进一步的研究,还可用于反射面的综合。　　毫米波辐射计是毫米波辐射探测的关键部件,在被动毫米波焦面阵成像系统中,对辐射计的温度灵敏度、小型化、稳定性和各通道的一致性提出了极高要求。本文通过对影响辐射计温度灵敏度的因素分析和电路优化,研制了Ka频段高温度灵敏度、小型化、直接检波式辐射计,该辐射计工作中心频率为35GHz,带宽为3.6GHz,正切灵敏度小于-86dBm,在室温条件下,积分时间为0.5ms时,辐射计的温度灵敏度小于0.5K。此外,提出了一种新型结构介质棒天线作为馈源天线,采用创新的分段锥削和圆台过渡结构,实现高增益、小截面、低副瓣、低交叉极化、低互耦和对称的辐射方向图,以尽量小的溢出损耗实现对透镜的照射。　　最后,根据人体衣物下隐匿物品近场成像要求,对系统的结构、采样和校准方法进行了研究,研制了Ka频段20通道被动毫米波焦面阵成像系统样机。该系统空间分辨率小于4cm,温度灵敏度小于1K,可在室温条件下探测人体衣物下隐匿的金属和非金属物品。　　本文的主要研究目的是提高毫米波近场成像系统的温度灵敏度、空间分辨率和成像帧频,为此,建立了辐射温度传递模型,提出了几种有效的分析方法和创新结构,并研制了Ka频段成像样机。但其研究成果的应用不限于此,还可以推向W甚至更高频段,为毫米波焦面阵近场成像技术提供参考与借鉴。