МНОГОКАНАЛЬНАЯ ПРИЕМНАЯ КАМЕРА 8-ММ ДИАПАЗОНА ДЛИН ВОЛН

July 15, 2012 by admin Комментировать »

Горишняк В. П., Денисов А. Г., Кузьмин С. Е., Радзиховский В. Н., Шевчук Б. М. Гэсударственный научно-исследовательский центр "Айсберг", Киев-03148, Украина Тел.: (044)4783145; e-mail: iceberg@ukrpack.net Санг Бае Ли Корейский институт науки и технологии, Сеул, Корея; e-mail: sblee(a)kist.re.kr

Аннотация Разработана 32-канальная приемная камера, работающая в диапазоне частот 31…38 ГГц. Камера содержит матрицу из 32-х высокочувствительных радиометрических датчиков и диэлектрическую линзу диаметром 600 мм в качестве главной квазиоптической антенны. Камера предназначена для использования в сканирующих системах и в течение одного скана обеспечивает получение качественного изображения с мгновенным углом обзора по вертикали 11,5 градусов.

I.  Введение

Пассивное формирование изображений в миллиметровом диапазоне волн является новой технологией, которая работает в течение дня и ночи, при ясной погоде или в условиях плохой видимости, таких как туман, дымка, облачность, снег, пыль и пр. Излучение миллиметровых волн в этих условиях затухает в миллион раз меньше, чем видимое и ИК излучения.

Многолучевые приемные системы миллиметрового диапазона, использующие матрицы приемных датчиков, являются наиболее перспективным средством формирования радиоизображений. Подобно датчикам ИК или видимого диапазона системы миллиметрового диапазона позволяют формировать хорошо различимые изображения полностью скрытным способом (излучение от системы отсутствует в отличие от радиолокации). И подобно радиолокаторам они обеспечивают прохождение в разнообразных условиях плохой видимости. Благодаря этому решающему преимуществу данные системы в ряде случаев являются единственно приемлемыми.

Основным узлом системы формирования изображений является приемная камера, осуществляющая одновременный прием сигналов с различных направлений.

II.  Основная часть

Для сканирующих систем формирования изображений в 8-мм диапазоне длин волн разработана приемная камера, содержащая в своем составе матрицу из 32-х радиометрических датчиков с облучателями и квазиоптическую линзовую антенну.

Радиометрические датчики спроектированы как приемники прямого детектирования с малошумящими усилителями на входе [1]. Входной усилитель реализован на трех последовательно включенных монолитных усилительных микросхемах. Первый каскад выполнен на микросхеме ALH369 (TRW), второй и третий каскады используют микросхемы СНА2094 (UMS). В качестве квадратичного детектора использован диод Шоттки HSCH-9161 (HP), работающий без смещения. Выходной низкочастотный усилитель выполнен на усилительной микросхеме OP27GS. Использование малошумящих монолитных микросхем позволило реализовать малые габариты и высокую чувствительность датчиков. В рабочем диапазоне частот 31…38 ГГц датчики имеют флуктуационную чувствительность не хуже 10 мК/Гц1/ в компенсационном режиме. Неидентичность коэффициентов усиления и уровней выходных сигналов датчиков не превышает 10 %.

Сигналы с выходов датчиков через фильтры нижних частот и аналоговый коммутатор поочередно поступают на 12-ти разрядный АЦП, который преобразует выходные сигналы в цифровой код для последующей их обработки. Структурная схема 32-х канальной матрицы показана на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема 32-канальной матрицы Fig. 1. Block-diagram of the 32 channels array

Датчики имеют вытянутую конфигурацию, что делает удобной их компоновку в составе матрицы. Волноводный вход каждого датчика непосредственно связан со своим облучателем и осуществляет прием сигнала с определенного направления. Датчики крепятся на двух металлических пластинах с обеих сторон каждой пластины, образуя двухмерную матрицу 4X8. Все датчики сориентированы таким образом, что их облучатели, располагаясь в фокальной плоскости главной антенны, направлены в ее центр.

В качестве главной антенны использована плоско-выпуклая линза диаметром 600 мм, что позволяет формировать лучи шириной 0,9 градуса по уровню 3 дБ. Линза изготовлена из твердого полиэтилена с диэлектрической постоянной в = 2,38 и потерями tg 5 = 2-10′4 . Линза была рассчитана как апланатная длиннофокусная (F = 660 мм) с целью минимального искажения периферийных лучей. Несмотря на такой недостаток, как большой вес, линзовые антенны более подходят для матричных приемных систем из-за отсутствия эффекта затенения, что особенно важно в случае матриц с большим количеством датчиков.

В качестве облучателей главной антенны применены штыревые диэлектрические антенны, которые, благодаря малым поперечным размерам дают возможность располагать датчики ближе друг к другу. Совместно с главной антенной облучатели формируют 4 вертикальных ряда лучей по 8 лучей в каждом ряду. Удаленность между соседними лучами в каждом ряду составляет 1,4 градуса. Ряды сдвинуты относительно друг друга таким образом, что при сканировании в горизонтальной плоскости приемные лучи прописывают 32 горизонтальных полосы с угловым расстоянием между серединами соседних полос

0,        35 градуса. Полный угол обзора в вертикальной плоскости составляет при этом 11,5 градусов.

Приемная матрица с облучателями и линзовая антенна крепятся на общем каркасе и жестко зафиксированы относительно друг друга. На рис. 2 показана конструкция разработанной приемной камеры. Данная камера позволяет в 32 раза быстрее просканировать обозреваемую сцену в сравнении со случаем использования одиночного приемного датчика.

Рис. 2. Конструкция приемной камеры Fig. 2. Construction of the receiver camera

I.    Заключение

Таким образом, разработана 32-х канальная приемная камера, работающая в 8 мм диапазоне длин волн. В течение одного скана камера способна обеспечить получение изображения с хорошим угловым разрешением.

Дальнейшее совершенствование систем формирования изображений предполагает увеличение количества приемных датчиков и диаметра антенны приемной камеры до максимально возможных значений, которые ограничиваются техническими возможностями или условиями применения.

II.   Литература

[1]  V. N. Radzikhovsky, V. P. Gorishniak, S. Е. Kuzmin,

В. М. Shevchuk. Passive millimeter wave imaging system. 11th International Conference ’’Microwave & Telecommunication Technology” (CriMiCo’2001), p. 263.

MULTICHANNELS RECEIVER CAMERA OPERATING IN 8-MM WAVELENGTH

Gorishniak V. P., DenisivA. G., Kuzmin S. E., Radzikhovsky V. N., Shevchuk В. M.

State Research Center “Iceberg”

Kiev03148, Ukraine phone: (044)4783145,e-mail: iceberg@ukrpack.net Sang Bae Lee Korea Institute of Science and Technology, Seoul, Korea

The receiver camera, which contains 32 sensors array and quasioptical lens antenna, is developed for scanning imaging system in 8 mm waveband.

Radiometric sensors are designed as direct detection receivers with input low noise amplifiers [1]. Input amplifier is realized on the basis of three monolithic amplifying ICs connected in series. The first stage is realized using low-noise IC ALH369 (TRW), the second and the third stages are realized on the basis of CHA2094 (UMS). Shottky diode HSCH-9161 (HP) was used as square-law detector. The output low frequency amplifier is realized on the basis of IC OP27GS. The use of low noise monolithic ICs has made it possible to achieve small sizes and high sensitivity of the sensors. Within the operating frequency band 31…38 GHz the sensors have temperature sensitivity better than 10 mK/Hz1/2 in total power mode.

Through low pass filters and analog switchboard, signals from sensor output comes to 12-digits ADC, which converts the output signals into digital code for the following processing. Blockdiagram of 32-channels array is shown in Fig. 1.

The sensors have a stretched configuration that facilitates their arrangement within array structure. Waveguide input of each sensor is connected directly to its feed, which receives the signal from certain direction. The sensors are attached to two metal plates, on both sides of each plate, thus forming twodimensional array 4×8. All sensors are packaged in such a way that its feeds are placed in focal plane of the main antenna and directed towards antenna center.

Flat-convex lens was used as the main antenna. The lens has diameter 600 mm and allows to form beams with 0.9 degree width at 3 dB level. The lens is made of hard polyethylene which has dielectric constant в = 2,38 and losses tg 5 = 2-1 O’4. In order to minimize distortion of periphery beams the lens was designed long focal (F = 660 mm). In spite of large weight lens antennas are more suitable for array receiver system due to absence of shade effect that is especially important when arrays with big number of sensors are used.

Dielectric rods were used as feeds of the main antenna. Small transverse sizes of the rods give possibility to arrange the sensors closer to each other. The feeds along with the main antenna form 4 vertical rows of beams (8 beams in each row). The distance between adjacent beams in each row is 1.4 degrees. At scanning in a horizontal plane, receiver beams register 32 horizontal strips with angular distance 0,35 degrees between the middle of adjacent strips.

Receiver array with feeds and lens antenna are rigidly fixed relatively each other. Presented in Fig. 2 is the construction of designed receiver camera. The given camera allows to scan a surveyed scene 32 times faster comparing with a single receiver sensor.

Thus, 32 channels receiver camera operating in 8 mm waveband is developed. During one scan the camera is capable to provide an image with good angular resolution.

The further perfecting of the imaging systems require to increase the number of receiver sensors and diameter of antenna to the greatest possible levels.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», 2003г.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты