أصبحت أنظمة تصوير الموجات المليمترية (mmWave) شائعة بشكل متزايد في عمليات التفتيش الأمني للمباني العامة ومساحات الرياضة والمطارات.هذه الأنظمة قادرة على اكتشاف المواد الخطرة المعدنية وغير المعدنية وإبلاغ موقعها داخل منطقة المسح، وبالتالي مساعدة المتخصصين في مجال الأمن في تحديد وتحديد العناصر المشبوهة بشكل أسرع.شرح كيفية مكونات في حل الموجة المليمترية المصممة من قبل أجهزة Analog، Inc. (ADI) تعمل معا، والتركيز على الدور الرئيسي لتكنولوجيا معالجة الحافة في الترقية التكرارية للنظام.
مقدمة لموجة المليمتر
في أنظمة الموجات المليمترية، يتم توصيل صفوف المرسل والمتلقي بمصفوفة هوائية موزعة في المكان. في نقطة زمنية محددة، يقوم هوائي واحد في المصفوفة بإصدار طاقة منخفضة،إشارات تردد راديوية (RF) ذات تردد واحد في جميع الاتجاهات، والتي تنعكس من قبل الكائن المستهدف (الشكل 1) ، سيتم استقبال الإشارة المتباعدة الناتجة عن هذا الانعكاس من قبل جميع الهوائيات في المجموعة،والدائرة المتكاملة (IC) التي تربط الهوائيات تحصل على المعلومات عن طريق قياس المرحلة والواسعة من هذه الإشارات المتناثرة.
مخطط مخطط لنظام الموجات المليمترية لنظام الهوائيات الإرسالية في تسلسل
الشكل الأول: في نظام موجات المليمتر، يقوم الهوائي الإرسالي ببث إشارات ذات طاقة منخفضة، وتردد واحد، وإشارات شاملة الاتجاهات. ثم يقوم الهوائي المستقبل بقياس التشتت الخلفي.(مصدر الصورة: أجهزة التناظرية، Inc.)
كل هوائي إرسال سوف يرسل نفس الإشارة بشكل متسلسل، وسيتم تكرار عملية القياس هذه لكل إرسال.من خلال تكرار العملية بأكملها على ترددات متعددة في نطاق 10 GHz إلى 40 GHz، يمكن للنظام التقاط الاختلافات في عمق الاختراق وانعكاس الإشارة الناجمة عن الاختلافات الترددية لإشارات RF مختلفة.تعتمد دقة النظام على عدد قنوات الإرسال والاستقبال: على سبيل المثال، أجهزة مسح المطار لديها عدد كبير من القنوات لتلبية الدقة العالية المطلوبة للكشف عن الأشياء الصغيرة مثل الحلاقة.بالنسبة للسيناريوهات التي تكون فيها الأسلحة والمتفجرات هي الأهداف الرئيسية للمراقبة، باستخدام قنوات أقل يمكن أن تقلل من التكاليف وتقصير وقت المسح.
يجمع المعالج معلومات التشتت العكسي في مصفوفة متجهات عندما يتم ربط هذه المتجهات بالتردد والموقع المكانيالمصفوفة متعددة الأبعاد التي تم إنشاؤها يمكن أن تولد الصور التي لا تعرف فقط الأجسام المعدنية، ولكن أيضا الكشف عن العناصر غير المعدنية مخبأة بين وتحت طبقات الملابس.
تتوقف سرعة المسح على سرعة معالجة النظام لبيانات التشتت الخلفي، والتحول من جهاز إرسال إلى جهاز إرسال، والمسح الدوري للتردد المطلوب. على سبيل المثال،يجب أن يخضع النظام الذي يحتوي على 500 عنصر يغطي النطاق من 10 غيغاهرتز إلى 40 غيغاهرتز بتزايدات 50 غيغاهرتز لـ 300000 مفتاحأنظمة الموجات المليمترية المستخدمة اليوم، مع قدرتها على التبديل السريع، تتطلب فقط من الشخص المسح الضوئي أن يحافظ على وضعية لمدة بضع ثوان لتوليد صور فعالة.كما سرعة التبديل يصبح أسرع، في المستقبل، أنظمة الموجات المليمترية يمكن حتى التعرف على الكائنات المهددة عندما يمر الموضوع من خلال الكاشف سيراً على الأقدام دون التوقف.
بناء نظام موجات ملليمتر
من أجل اكتشاف التهديدات المحتملة، وتحقيق الدقة المطلوبة، وتسهيل المسح السريع، يجب على مصممي أنظمة الموجات المليمترية اختيار الأجهزة التي يمكن أن تعمل معا.الحل المتكامل لنظام الموجات المليمترية من ADI يتضمن جهاز توليف النطاق العريض الميكروويف ADF4368، العديد من وحدات التداول ADAR2001 الإرسال، العديد من وحدات التداول ADAR2004 المستقبل، ومحول AD9083 التناظري إلى الرقمي (ADC). سيتم مناقشة كل جهاز في التسلسل أدناه (الشكل 2).
نظام الموجة المليمترية المتكامل الصورة، جهاز الإرسال، جهاز الاستقبال، وADC المتكاملة (انقر لتوسيع)
الشكل 2: نظام موجات مليمتر كامل يجمع بين جهاز التوليف والإرسال والمستقبل و ADC مع إدارة الطاقة والمفاتيح والمكونات المنطقية. (مصدر الصورة: أجهزة Analog, Inc.)
تبدأ سلسلة الإشارة من جهاز التوليد ADF4368 الميكروويف واسع النطاق مع حلقة مغلقة في المرحلة (PLL) مع مذبذب مدمج لسيطرة الجهد (VCO) (الشكل 3).ADF4368 يمكن أن تولد خطوات تردد في نطاق 2.5 GHz إلى 10 GHz، مع فاصل خطوة 12.5 MHz، داخل نطاق ترددها التشغيلي بالكامل من 800 MHz إلى 12.8 GHz.الارتعاش من موجة متواصلة (CW) إشارة الراديو الراديوي ذات نهاية واحدة أقل من 30 fsecRMS.
صورة الأجهزة التناظرية ADF4368 الميكروويف السينتيزر واسع النطاق
الشكل 3: يمكن أن يوفر جهاز التوليف الميكروويف ADF4368 ذات النطاق العريض مع VCO المدمج مخرجات RF CW منخفضة التشنج في نطاق التردد من 2.5 GHz إلى 10 GHz. (مصدر الصورة: Analog Devices, Inc.)
قوة إشارة الإخراج من ADF4368 هي 9 ديسيبل أم (7.94 مواط). بسبب الطاقة المنخفضة المطلوبة من قبل وحدة تحكم جهاز الإرسال ، يمكن تقسيم مخرجات ADF4368 إلى سبع قنوات ،والذي يمكنه تشغيل ما يصل إلى 128 وحدة برمجة ناقلة ذات 4 قنوات أو 512 قناة.
جهاز إرسال ADAR2001 IC (الشكل 4) يتلقى المدخلات من ADF4368 ومن ثم يضاعف، يصف، يضعف، يقسم،ويعزز الإشارة لتوفير أربع قنوات خروج للهوائيات مع ترددات تتراوح بين 10 غيغاهرتز و 40 غيغاهرتز لكل وحدة تحكم.