Горишняк В. П., Денисов А. Г., Кузьмін С. Є., Радзіховський В. Н., Шевчук Б. М. Гесударственний науково-дослідний центр “Айсберг”, Київ-03148, Україна Тел.: (044) 4783145; e-mail: iceberg@ukrpack.net Санг БАе Лі Корейський інститут науки і технології, Сеул, Корея; e-mail: sblee (a) kist.re.kr

Анотація Розроблено 32-канальна приймальня камера, що працює в діапазоні частот 31 … 38 ГГц. Камера містить матрицю з 32-х високочутливих радіометричних датчиків і діелектричну лінзу діаметром 600 мм в якості головної квазиоптической антени. Камера призначена для використання в скануючих системах і протягом одного скана забезпечує отримання якісного зображення з миттєвим кутом огляду по вертикалі 11,5 градусів.

I. Вступ

Пасивне формування зображень в міліметровому діапазоні хвиль є новою технологією, яка працює протягом дня і ночі, при ясній погоді або в умовах поганої видимості, таких як туман, серпанок, Хмарно, сніг, пил тощо Випромінювання міліметрових хвиль в цих умовах затухає в мільйон разів менше, ніж видиме і ІЧ випромінювання.

Багатопроменеві прийомні системи міліметрового діапазону, які використовують матриці прийомних датчиків, є найбільш перспективним засобом формування радіоізображеній. Подібно датчикам ІК або видимого діапазону системи міліметрового діапазону дозволяють формувати добре помітні зображення повністю потайливим способом (випромінювання від системи відсутній на відміну від радіолокації). І подібно радіолокатора вони забезпечують проходження в різноманітних умовах поганої видимості. Завдяки цьому вирішального перевазі дані системи в ряді випадків є єдино прийнятними.

Основним вузлом системи формування зображень є приймальня камера, що здійснює одночасний прийом сигналів з різних напрямків.

II. Основна частина

Для скануючих систем формування зображень в 8-мм діапазоні довжин хвиль розроблена приймальня камера, яка містить у своєму складі матрицю з 32-х радіометричних датчиків з облучателями і квазіоптичні лінзову антену.

Радіометричні датчики спроектовані як приймачі прямого детектування з малошумящими підсилювачами на вході [1]. Вхідний підсилювач реалізований на трьох послідовно включених монолітних підсилювальних мікросхемах. Перший каскад виконаний на мікросхемі ALH369 (TRW), другий і третій каскади використовують мікросхеми СНА2094 (UMS). Як квадратичного детектора використаний діод Шоттки HSCH-9161 (HP), що працює без зміщення. Вихідний низькочастотний підсилювач виконаний на підсилювальної мікросхемі OP27GS. Використання малошумящих монолітних мікросхем дозволило реалізувати малі габарити і високу чутливість датчиків. У робочому діапазоні частот 31 … 38 ГГц датчики мають флуктуаційну чутливість не гірше 10 мК / Гц1/ в компенсаційному режимі. Неідентичність коефіцієнтів посилення і рівнів вихідних сигналів датчиків не перевищує 10%.

Сигнали з виходів датчиків через фільтри нижніх частот і аналоговий комутатор по черзі надходять на 12-ти розрядний АЦП, який перетворює вихідні сигнали в цифровий код для подальшої їх обробки. Структурна схема 32-х канальної матриці показана на рис. 1.

Рис. 1. Структурна схема 32-канальної матриці Fig. 1. Block-diagram of the 32 channels array

Датчики мають витягнуту конфігурацію, що робить зручною їх компоновку в складі матриці. Хвилеводний вхід кожного датчика безпосередньо пов’язаний зі своїм опромінювачем і здійснює прийом сигналу з певного спрямування. Датчики кріпляться на двох металевих пластинах з обох сторін кожної пластини, утворюючи двомірну матрицю 4X8. Всі датчики зорієнтовані таким чином, що їх опромінювачі, розташовуючись в фокальній площині головної антени, спрямовані в її центр.

В якості головної антени використана плоско-опукла лінза діаметром 600 мм, що дозволяє формувати промені шириною 0,9 градуса за рівнем 3 дБ. Лінза виготовлена ​​з твердого поліетилену з діелектричної постійної в = ​​2,38 і втратами tg 5 = 2-10 ‘4 . Лінза була розрахована як апланатная довгофокусна (F = 660 мм) з метою мінімального спотворення периферійних променів. Незважаючи на такий недолік, як велику вагу, лінзові антени більш підходять для матричних прийомних систем через відсутність ефекту затінення, що особливо важливо у випадку матриць з великою кількістю датчиків.

Як опромінювачів головної антени застосовані штирові діелектричні антени, які, завдяки малим поперечним розмірам дають можливість розташовувати датчики ближче один до одного. Спільно з головною антеною опромінювачі формують 4 вертикальних ряду променів по 8 променів в кожному ряду. Відстань між сусідніми променями в кожному ряду становить 1,4 градуса. Ряди зрушені відносно один одного таким чином, що при скануванні в горизонтальній площині приймальні промені прописують 32 горизонтальних смуги з кутовим відстанню між серединами сусідніх смуг

0, 35 градуса. Повний кут огляду у вертикальній площині складає при цьому 11,5 градусів.

Приймальня матриця з облучателями і лінзова антена кріпляться на загальному каркасі і жорстко зафіксовані відносно один одного. На рис. 2 показана конструкція розробленої приймальної камери. Дана камера дозволяє в 32 рази швидше просканувати оглядається сцену в порівнянні з випадком використання одиночного приймального датчика.

Рис. 2. Конструкція приймальної камери Fig. 2. Construction of the receiver camera

I. Висновок

Таким чином, розроблена 32-х канальна приймальня камера, що працює в 8 мм діапазоні довжин хвиль. Протягом одного скана камера здатна забезпечити одержання зображення з хорошим кутовим дозволом.

Подальше вдосконалення систем формування зображень передбачає збільшення кількості прийомних датчиків і діаметра антени приймальної камери до максимально можливих значень, які обмежуються технічними можливостями або умовами застосування.

II. Література

[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.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2003р.