Τα συστήματα απεικόνισης με χιλιοστομετρικά κύματα (mmWave) γίνονται όλο και πιο δημοφιλή στους ελέγχους ασφαλείας δημόσιων κτιρίων, αθλητικών χώρων και αεροδρομίων.Τα συστήματα αυτά είναι ικανά να ανιχνεύουν επικίνδυνα μεταλλικά και μη μεταλλικά υλικά και να αναφέρουν την τοποθεσία τους στην περιοχή σάρωσης.Το άρθρο αυτό θα διερευνήσει τις θεμελιώδεις αρχές της απεικόνισης χιλιοστών κυμάτων,Εξηγήστε πώς τα συστατικά της λύσης χιλιοστών κυμάτων που σχεδιάστηκε από την Analog Devices, Inc. (ADI) συνεργάζονται και επικεντρώνονται στον βασικό ρόλο της τεχνολογίας επεξεργασίας άκρων στην επαναληπτική αναβάθμιση του συστήματος.
Εισαγωγή στο χιλιοστόμετρο κύμα
Στα συστήματα χιλιοστών κυμάτων, οι σειρές πομπός και δέκτη συνδέονται με μια χωροταξικά κατανεμημένη σειρά κερατοειδών.Μονοσυχνότητες ολικοκατευθυνόμενα σήματα ραδιοσυχνοτήτων (RF), τα οποία αντανακλούνται από το αντικείμενο-στόχο (Σχήμα 1). Το αντίστροφο σήμα που παράγεται από αυτή την αντανάκλαση θα λαμβάνεται από όλες τις κεραίες στο σύνολο,και το ολοκληρωμένο κύκλωμα (IC) που συνδέει τις κεραίες λαμβάνει πληροφορίες μετρώντας τη φάση και το εύρος αυτών των αντιστροφικών διασκορπισμένων σημάτων.
Σχεδιακό διάγραμμα συστήματος χιλιοστών κυμάτων για μεταδιδόμενες κεραίες σε ακολουθία
Σχήμα 1: Σε ένα σύστημα χιλιοστών κυμάτων, η κεραία μετάδοσης εκπέμπει διαδοχικά χαμηλής ισχύος, ενιαίας συχνότητας και ολικοστρόμια σήματα.(Πηγή εικόνας): Analog Devices, Inc.)
Κάθε κεραία μετάδοσης θα στέλνει το ίδιο σήμα διαδοχικά και η διαδικασία μέτρησης αυτή θα επαναλαμβάνεται για κάθε μετάδοση.Επαναλαμβάνοντας ολόκληρη τη διαδικασία σε πολλαπλές συχνότητες στην περιοχή από 10 GHz έως 40 GHz, το σύστημα μπορεί να συλλάβει τις διαφορές στο βάθος διείσδυσης και την αντανάκλαση του σήματος που προκαλούνται από τις διακυμάνσεις συχνότητας διαφορετικών σήματα ραδιοσυχνοτήτων.Η ανάλυση του συστήματος εξαρτάται από τον αριθμό των καναλιών μετάδοσης και λήψης: για παράδειγμα, οι σαρωτές αεροδρομίων διαθέτουν μεγάλο αριθμό καναλιών για να ανταποκρίνονται στην υψηλή ανάλυση που απαιτείται για την ανίχνευση μικρών αντικειμένων, όπως ξυράφια·Για σενάρια όπου τα όπλα και τα εκρηκτικά είναι οι κύριοι στόχοι παρακολούθησης, χρησιμοποιώντας λιγότερα κανάλια μπορεί να μειώσει τόσο το κόστος όσο και τον χρόνο σάρωσης.
Ο επεξεργαστής συνδυάζει τις πληροφορίες της αντίστροφης διασποράς σε έναν διανυσματικό πίνακα.Η παραγόμενη πολυδιάστατη σειρά μπορεί να παράγει εικόνες που δεν αναγνωρίζουν μόνο μεταλλικά αντικείμενα, αλλά επίσης ανιχνεύουν μη μεταλλικά αντικείμενα κρυμμένα ανάμεσα και κάτω από στρώματα ρούχων.
Η ταχύτητα σάρωσης εξαρτάται από την ταχύτητα με την οποία το σύστημα επεξεργάζεται τα δεδομένα αντίστροφης διασποράς, αλλάζει από πομπό σε πομπό και σαρώνει κυκλικά την απαιτούμενη συχνότητα.ένα σύστημα με 500 συστατικά που καλύπτουν το εύρος από 10 GHz έως 40 GHz με διαστήματα 50 MHz πρέπει να υποβάλλεται σε 300000 διακόπτεςΤα συστήματα χιλιοστών κυμάτων που χρησιμοποιούνται σήμερα, με την ικανότητά τους να αλλάζουν ταχύτητα, απαιτούν μόνο από το άτομο που υποβάλλεται σε σάρωση να διατηρήσει μια στάση για λίγα δευτερόλεπτα για να παράγει αποτελεσματικές εικόνες.Καθώς η ταχύτητα αλλαγής γίνεται πιο γρήγορη, στο μέλλον, τα συστήματα χιλιοστών κυμάτων μπορούν να αναγνωρίσουν απειλητικά αντικείμενα όταν το υποκείμενο περνάει από τον ανιχνευτή με τα πόδια χωρίς να σταματήσει.
Κατασκευή συστήματος χιλιοστών κυμάτων
Για να ανιχνεύσουν πιθανές απειλές, να επιτύχουν την απαιτούμενη ανάλυση και να διευκολύνουν την ταχεία σάρωση, οι σχεδιαστές συστημάτων χιλιοστών κυμάτων πρέπει να επιλέξουν υλικό που μπορεί να λειτουργεί από κοινού.Η ενσωματωμένη λύση συστήματος χιλιοστών κυμάτων της ADI περιλαμβάνει ένα μικροκυκλικό συνθεστή ευρυζωνικής σύνδεσης ADF4368, πολλαπλά διαδίκτυα διακυβέρνησης ADAR2001, πολλαπλά διαδίκτυα διακυβέρνησης δέκτη ADAR2004 και μετατροπέας αναλογικού σε ψηφιακό (ADC) AD9083.
Συμπληρωτής εικόνας συστήματος χιλιοστών κυμάτων, πομπός, δέκτης και ενσωματωμένος ADC (κάντε κλικ για να μεγαλώσετε)
Σχήμα 2: Ένα πλήρες σύστημα χιλιοστών κυμάτων συνδυάζει έναν συνθεστή, έναν πομπό, έναν δέκτη και ένα ADC με τη διαχείριση ενέργειας, διακόπτες και λογικά εξαρτήματα.
Η αλυσίδα σήματος ξεκινά από τον μικροκυκλικό ευρυζωνικό συνθεσάιζερ ADF4368 με κλειδωμένο φάση (PLL) με ενσωματωμένο ταλαντωτή ελεγχόμενης τάσης (VCO) (σχήμα 3).Το ADF4368 μπορεί να παράγει βήματα συχνότητας στην περιοχή των 2.5 GHz έως 10 GHz, με διάστημα βημάτων 12,5 MHz, εντελώς εντός της ζώνης λειτουργικών συχνοτήτων 800 MHz έως 12,8 GHz.Το jitter του συνεχούς κύματος (CW) του ενιαίου τερματικού σήματος RF είναι μικρότερο από 30 fsecRMS.
Εικόνα των αναλογικών συσκευών ADF4368 μικροκυμάτων ευρυζωνικό συνθεστή
Σχήμα 3: Ο μικροκυκλικός συνθεσάιζερ ευρυζωνικής σύνδεσης ADF4368 με ενσωματωμένο VCO μπορεί να παρέχει χαμηλή έκδοση CW RF jitter στο εύρος συχνοτήτων 2,5 GHz έως 10 GHz. (Πηγή εικόνας: Analog Devices, Inc.)
Η ισχύς σήματος εξόδου του ADF4368 είναι 9 dBm (7,94 mW). Λόγω της μικρότερης ισχύς που απαιτείται από το διαδίκτυο διασύνδεσης του πομπού, η ισχύς του ADF4368 μπορεί να χωριστεί σε επτά κανάλια,που μπορεί να τροφοδοτεί έως και 128 τετρακοινοδρόμους διακυμάντες πομπός ή 512 κανάλια.
Το διαδίκτυο διαβίβασης ADAR2001 (Σχήμα 4) λαμβάνει είσοδο από το ADF4368 και στη συνέχεια πολλαπλασιάζει, φιλτράρει, εξασθενεί, διαιρεί,και ενισχύει το σήμα για να παρέχει τέσσερα κανάλια εξόδου κεραίας με συχνότητες μεταξύ 10 GHz και 40 GHz για κάθε IC.