Milimetre dalga (mmWave) görüntüleme sistemleri, kamu binalarının, spor salonlarının ve havalimanlarının güvenlik kontrollerinde giderek daha popüler hale geliyor. Bu sistemler, metal ve metal olmayan tehlikeli maddeleri tespit edip tarama alanı içindeki konumlarını bildirerek güvenlik profesyonellerinin şüpheli öğeleri daha hızlı bulmasına ve tanımlamasına yardımcı olur. Bu makale, milimetre dalga görüntülemenin temel ilkelerini araştıracak, Analog Devices, Inc. (ADI) tarafından tasarlanan milimetre dalga çözümündeki bileşenlerin birlikte nasıl çalıştığını açıklayacak ve sistemin yinelemeli yükseltmesinde kenar işleme teknolojisinin anahtar rolüne odaklanacaktır.
Milimetre Dalgasına Giriş
Milimetrik dalga sistemlerinde, verici ve alıcı dizileri mekansal olarak dağıtılmış bir anten dizisine bağlanır. Zamanın belirli bir noktasında, dizideki bir anten, hedef nesne tarafından yansıtılan düşük güçlü, tek frekanslı çok yönlü radyo frekansı (RF) sinyalleri yayar (Şekil 1). Bu yansımayla üretilen geri saçılan sinyal dizideki tüm antenler tarafından alınacak ve antenleri birbirine bağlayan entegre devre (IC), bu geri saçılan sinyallerin fazını ve genliğini ölçerek bilgi elde edecektir.
Antenleri sırayla iletmek için milimetre dalga sisteminin şematik diyagramı
Şekil 1: Milimetre dalga sisteminde, verici anten düşük güçlü, tek frekanslı ve çok yönlü sinyalleri sırayla yayınlar. Daha sonra alıcı anten geri saçılımı ölçer. (Resim kaynağı: Analog Devices, Inc.)
Verici antenlerin her biri aynı sinyali sırayla gönderecek ve bu ölçüm işlemi her iletim için tekrarlanacaktır. Sistem, tüm süreci 10 GHz ila 40 GHz aralığında birden fazla frekansta tekrarlayarak, farklı RF sinyallerinin frekans değişimlerinden kaynaklanan penetrasyon derinliği ve sinyal yansımasındaki farklılıkları yakalayabilir. Sistemin çözünürlüğü, iletim ve alım kanallarının sayısına bağlıdır: örneğin, havaalanı tarayıcıları, jilet gibi küçük nesnelerin algılanması için gereken yüksek çözünürlüğü karşılamak için çok sayıda kanala sahiptir; Silahların ve patlayıcıların ana izleme hedefi olduğu senaryolarda daha az kanal kullanmak hem maliyetleri azaltabilir hem de tarama süresini kısaltabilir.
İşlemci geri saçılım bilgisini bir vektör matrisinde birleştirir. Bu vektörler frekans ve uzaysal konumla ilişkilendirildiğinde, oluşturulan çok boyutlu dizi yalnızca metalik nesneleri tanımakla kalmayıp aynı zamanda giysi katmanlarının arasına ve altına gizlenmiş metalik olmayan öğeleri de algılayan görüntüler üretebilir.
Tarama hızı, sistemin geri saçılım verilerini işleme, vericiden vericiye geçiş yapma ve gerekli frekansı döngüsel olarak tarama hızına bağlıdır. Örneğin, 10 GHz ila 40 GHz aralığını 50 MHz'lik artışlarla kapsayan 500 bileşenli bir sistemin 300000 anahtardan geçmesi gerekir. Günümüzde kullanılan milimetrik dalga sistemleri, hızlı geçiş yetenekleriyle, etkili görüntüler oluşturmak için taranan kişinin yalnızca birkaç saniye boyunca duruşunu korumasını gerektirir. Anahtarlama hızı arttıkça, gelecekte milimetrik dalga sistemleri, kişi dedektörden yaya olarak durmadan geçtiğinde bile tehdit oluşturan nesneleri bile tanıyabilecek.
Milimetre dalga sistemi oluşturmak
Potansiyel tehditleri tespit etmek, gerekli çözünürlüğü elde etmek ve hızlı taramayı kolaylaştırmak için milimetre dalga sistemi tasarımcılarının birlikte çalışabilecek donanımları seçmesi gerekir. ADI'nin entegre milimetre dalga sistemi çözümü, bir ADF4368 mikrodalga geniş bant sentezleyici, birden fazla ADAR2001 verici IC'si, birden fazla ADAR2004 alıcı IC'si ve bir AD9083 analog-dijital dönüştürücü (ADC) içerir. Her cihaz aşağıda sırayla ele alınacaktır (Şekil 2).
Milimetre dalga sistemi görüntü entegratörü, verici, alıcı ve entegre ADC (büyütmek için tıklayın)
Şekil 2: Tam bir milimetrik dalga sistemi, bir sentezleyiciyi, vericiyi, alıcıyı ve ADC'yi güç yönetimi, anahtarlar ve mantık bileşenleriyle birleştirir. (Resim kaynağı: Analog Devices, Inc.)
Sinyal zinciri, entegre voltaj kontrollü osilatöre (VCO) sahip ADF4368 mikrodalga geniş bant faz kilitli döngü (PLL) sentezleyicisinden başlar (Şekil 3). ADF4368, tamamen 800 MHz ila 12,8 GHz çalışma frekans bandı dahilinde, 12,5 MHz adım aralığı ile 2,5 GHz ila 10 GHz aralığında frekans adımları üretebilmektedir. Sürekli dalga (CW) tek uçlu RF sinyalinin titreşimi 30 fsecRMS'den azdır.
Analog Cihazların Görüntüsü ADF4368 Mikrodalga Geniş Bant Sentezleyici
Şekil 3: Entegre VCO'lu ADF4368 mikrodalga geniş bant sentezleyici, 2,5 GHz ila 10 GHz frekans aralığında düşük titreşimli CW RF çıkışı sağlayabilir. (Resim kaynağı: Analog Devices, Inc.)
ADF4368'in çıkış sinyal gücü 9 dBm'dir (7,94 mW). Verici IC'nin gerektirdiği düşük güç nedeniyle, ADF4368'in çıkışı, 128 adede kadar 4 kanallı verici IC'yi veya 512 kanalı çalıştırabilen yedi kanala bölünebilir.
ADAR2001 verici IC (Şekil 4), ADF4368'den girdi alır ve ardından her bir IC için 10 GHz ile 40 GHz arasındaki frekanslara sahip dört anten çıkış kanalı sağlamak üzere sinyali çoğaltır, filtreler, zayıflatır, böler ve güçlendirir.