Леонтьєв А С, Семенова Є Н, Фомічов Н І Ярославський державний університет ім П Г Демидова ЯрГУ Ул Радянська, д 14, м Ярославль, 150000, Росія Тел: +7 (4852) 797770 e-mail: leontyev@uniyaracru

Анотація – Стаття присвячена дослідженню можливості застосування дифракційних фокусирующих елементів для отримання СВЧ голограм сфокусованих зображень Розглянуто переваги та недоліки цього застосування Створено модель процесу побудови зображення обєкта за допомогою амплітудної зонної пластинки Френеля Проведено порівняння результатів, отриманих в ході математичного моделювання з експериментальними результатами

I                                       Введення

у звязку з розвитком радіолокації і суміжних з нею областей техніки стала актуальна проблема радіовіденія, тобто проблема отримання візуальних зображень простору у формі, близькій до звичних зоровим образам, використовуючи радіовипромінювання Це актуально в тих випадках, коли необхідно отримати зображення обєкта, що знаходиться за оптично непрозорою середовищем Широке застосування отримала радіоголографія як метод створення копій предметів – формування їх тривимірних зображень Спочатку голографія передбачала наявність фокусирующих елементів тільки для колімації, розширення, формування пучків У голографії сфокусованих зображень лінзи використовуються для формування різкого, нерозмиті зображення обєкта, на яке накладається опорна хвиля У цьому методі зберігається основне достоїнство голографії – реєстрація повного амплітудно-фазового розподілу в розсіяною предметом хвилі, крім цього зявляється ряд нових властивостей

Класичні методи голографії в СВЧ діапазоні мають свої недоліки: великі розміри прийомних апертур (-50-100 довжин хвиль) необхідні для отримання достатньої роздільної здатності, що тягне за собою пониження швидкодії при реєстрації зображення низький рівень сигналу, а отже мале відношення сигнал / шум в точці реєстрації внаслідок розсіювання обєктом падаючої на нього хвилі Використання дифракційних фокусирующих елементів дозволяє вирішити ці проблеми У голографії сфокусованих зображень як опорної можна використовувати плоску або сферичну хвилю, а також використовувати протяжний джерело цих хвиль, що облітає технічну реалізацію даного методу

II                              Основна частина

в основі моделі лежить квазіоптичного система формування радіоізображеній, де в якості фокусирующего елемента використовувалася амплітудна зонна пластинка Френеля (АЗПФ)

Щоб розрахувати розподіл поля в деякій площині спостереження, необхідно знати розподіл поля, падаюче на АЗПФ і імпульсний відгук радіообектіва для даної площині, далі у відповідність з принципом суперпозиції обчислюється цікавить розподіл поля Таким способом виходить розподіл поля обєктної хвилі [1, 2]

На отримане поле накладається опорна плоска хвиля, падаюча під деяким кутом на площину зображення і реєструється отримана інтерференційна картина квадратичним детектором Амплітудне пропускання голограми пропорційно сигналу на виході цього детектора Для відновлення зображення необхідно висвітлити голограму опорною хвилею, падаючої нормально на голограму В результаті дифракції виходить зображення обєкта [3, 4]

Для перевірки працездатності моделі була отримана голограма і відновлено зображення обєкта, що представляє собою набір блискучих точок, що утворюють літеру λ

На рис 1 представлені результати математичного моделювання

Рис 1 Буква 1 а) обєкт, б) амплітудне розподіл поля обєктної хвилі, в) відновлене зображення, г) відновлене зображення після фільтрації постійної складової

Fig 1 Letter: А) object, б) objective wave amplitude distribution, в) reconstructed image, г) reconstructed image after filter

Зображення на малюнку 1в – розподіл поля, сформований голограмою (відновлене зображення) вкпючает в себе постійну складову, уявне і дійсне зображення обєкта Завдяки тому, що постійна складова має набагато більшу величину складно розгледіти «корисне» зображення Для його отримання необхідно застосовувати методи обробки зображень для фільтрації постійної складової На рис 1г представлено дійсне відновлене зображення обєкта після фільтрації постійної складової

Як видно з рис 1 метод голограм сфокусованих зображень є працездатним і дозволяє відновлювати зображення досліджуваних обєктів

Для перевірки адекватності моделі були проведені експериментальні дослідження з отримання зображення точкового джерела, в якості якого використовувався відкритий кінець хвилеводу Результати представлені на рис 2 При проведенні експерименту використовувалася АЗПФ з параметрами D = F = 016m, λ = 842 мм Як видно з рис 2, ширина експериментально отриманого зображення точки збігається з результатами математичного моделювання

Рис 2 Порівняння експериментального (пунктир) і теоретичного (суцільний) профілів

Fig 2 Comparison of experimentai (dotted iine) and tiieoreticai (soiid iine) profiles

III                                  Висновок

Для отримання голограм сфокусованих зображень в радіодіапазоні доцільніше застосовувати зонні пластинки і лінзи Френеля, які за своїми деякими характеристиками не поступаються, а навіть перевершують лінзи Розроблена модель адекватно відображає процес побудови зображень за допомогою зонної пластинки Френеля, а також дозволяє проаналізувати процес отримання голограм сфокусованих зображень, а також відновлення по них зображень обєктів

На підставі результатів моделювання слід сказати про несприятливий вплив постійної складової голограми, що не несе корисної інформації про обєкт, на відновлюване зображення Необхідно застосовувати методи її фільтрації Актуальним є адаптація даної моделі до завдань многочастотной голографії, що дозволяє поліпшити дозвіл по дальності

IV                           Список літератури

[1] Щукін І І Дифракційні фокусують елементи: Навчальний посібник – Ярославль, 1980

[2] Звєрєв В А Радіооптіка (перетворення сигналів в радіо і оптиці) – М, Рад радіо, 1975

[3] Клименко І С Голографія сфокусованих зображень і спекл-интерферометрия – М, Наука Гол ред фіз-мат літ, 1985

[4] Бахрах Л Д, Курочкін А П Голографія в мікрохвильовій техніці – М, Рад радіо, 1979

THE ANALYSIS OF PROCESS OF FOCUSED IMAGES GOLOGRAPHY RECEPTION

Leontyev A S, Semyonova E N, Fomichev N I

Yarosiavi State University by P G Demidov YSU

14, Soviet street, Yarosiavi, 150000, Russia Pii: +7 (4852) 797770, e-maii: ieontyev@uniyaracru

Abstract – Considered in this paper is the opportunity of diffraction focusing elements application for registration of focused images holograms in UHF band Various aspects of this application are shown The image reconstruction process by means of amplitude Fresnel zone plate is created Results obtained during mathematical modeling have been compared with experimental results

I                                         Introduction

Originally holography is the method of wave front registration by amplitude and a phase recording in the form of interference pictures, provided presence of focusing elements only for collimation, expansions In focused image holography lenses are used in order to form sharp, not dim image with the basic wave imposed In the method proposed the basic advantage of holography: registration of full amplitude-phase distribution in the wave disseminated by the object is conserved except this there are a number of new properties

Classical methods of holography in the UHF band have some disadvantages:        greater sizes of reception apertures

(~50 wavelengths) necessary for reception of well resolution that entails downturn of speed at image detection low signal level, and consequently small signal/noise ratio in the reception point (registration) owing to falling wave dispersion by the object These problems are solved using diffraction focusing elements In focused image holography the use of reference flat or spherical wave and electrically large sources of these waves is possible that facilitates technical realization ofthe method proposed

II                                        Main Part

The model is based on quasioptical system of radioimages generation, where amplitude Fresnel zone plate is used as a radio-object

In order to calculate field distribution at some observation plane, it is necessary to know the field distribution at the zone plate, and pulse response of radio-objective for this plane Then field distribution is calculated in accordance with the principle of superposition

Then the reference flat wave, falling at some angle on a plane, is imposed on the image received and the result of interference is detected by square-law detector Amplitude hologram transparency is proportional to the signal from detector output

In order to test the model proposed, image of letter λ was calculated Presented in fig 1 are the results of modeling Fig 1 b) and r) shows necessity of constant component filtration Apparently from fig 1 method of focused images is efficient and allows restoring images of investigated objects

Experiment has been conducted and the results have been compared to the simulation results The image of point source (an open ended waveguide) has been obtained experimentally Then the experimental distribution profile has been compared to the theoretical one The width of the experimental point image coincides with theoretical one

III                                       Conclusion

The model proposed adequately displays image construction process by means of amplitude Fresnel zone plate, and allows analyzing process of focused images reception as well as objects images restoration

It is necessary to apply methods of constant component filtration

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2006р