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改进版高性能速度的580GHz成像雷达

2020.10.06
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王辉

致力于为分析测试行业奉献终身

这种室温全固态有源亚毫米成像仪可用于穿透衣物来检测隐藏的武器。


利用这种高分辨率成像雷达系统,在基于肖特基二极管传感器和源的全固态设计中实现了576至589 GHz范围内的相干光源和相敏检测。 通过采用调频连续波(FMCW)雷达技术,使用小于3%的分数带宽实现了厘米级范围分辨率。 高工作频率还允许在几米距离距离下的厘米级交叉范围分辨率,而没有大的孔径。 单像素收发器的扫描可以使目标在三维方面快速映射,从而可以将该技术应用于对人身隐藏物体的检测。


该系统从可调谐的连续波(CW)600-GHz矢量成像系统演变而来。 针对JPL的不同应用而定制的雷达关键部件是肖特基二极管倍频器,在576至595 GHz的频率范围内产生0.3至0.4 mW的发射功率,基波混频器的双边带噪声温度为≈4,000K 在同一范围内。 在设计中还值得注意的是,在通过IQ混频器最终转换到基带之前,锁定射频(RF)和本地振荡器(LO)K波段源合成器之间的残余相位漂移在中间450MHz IF级被抵消。


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人体成像照片(上)和3D THz雷达成像仪重建(底部)。

 在左侧,被摄体穿着一个充满球轴承的暴露的塑料容器。 在右边,同一个容器被隐藏在他的衬衫下面。


为了实现FMCW啁啾信号,一个2-4 GHz的低相位噪声商用YIG合成器的调谐带宽为5 kHz,通常在50 ms内通常超过350 MHz(随后乘以36到12.6 GHz)。啁啾信号在乘法之前上变频到CW合成器的信号上。 FMCW波形的斜坡发生在600 GHz接收机混频器。虽然在FMCW雷达系统中通常应避免高乘法因子以最小化相位噪声在发射信号中的影响,但在这种情况下,短距离范围产生低于热噪声的相位噪声基底,除了最亮的镜面镜面目标。


亚毫米功率首先通过硅晶片分束器,然后直径为20厘米的平凸特氟龙透镜传播。该透镜在距离4米的距离处将太赫兹束聚焦到≈2厘米的光斑尺寸。为了实现扫描图像,双轴旋转台上的平面镜沿所需方向偏转光束。


这种创新是对早期亚毫米高分辨率雷达的改进。首先,实现了由宽带YIG振荡器组成的更快的频率扫描方法。其次,数据采集和信号处理软件已经更新,以应对更快的雷达脉冲重复率。


这些改进,意味着580GHz成像雷达现在可以在五分钟内获得人的三维图像。检测被衣服隐藏的物品也是可行的。这种能力是可能的,因为成像雷达的硬件和软件的速度和功能得到改进。


这项工作由美国宇航局喷气推进实验室的Robert Dengler,Ken Cooper,Goutam Chattopadhyay,Peter Siegel,Erich Schlecht,Imran Mehdi,Anders Skalare和Caltech的John Gill完成。




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