En terahertz-bølgeradar baseret på leaky-wave kohærens tomografi

Forskere ved Keio University og National Institute of Information and Communications Technology (NICT) i Japan har for nylig introduceret et nyt design til en terahertz-bølgeradar baseret på en teknik kendt som leaky-wave coherence tomography. Deres papir, udgivet i Naturelektronik , kunne være med til at løse nogle af begrænsningerne ved eksisterende bølgeradar.

Brugen af ​​radar, især millimeterbølgeradar, er steget markant de seneste år, især i udviklingen af ​​smarte og selvkørende køretøjer. Radarens afstand og vinkelopløsning er typisk begrænset af deres båndbredde og bølgelængde, henholdsvis.

Terahertz bølger, som har højere frekvenser og kortere bølgelængder end millimeterbølger, give mulighed for udvikling af radarsystemer med et mindre fodaftryk og højere opløsning. Når bølgelængderne bliver kortere, imidlertid, dæmpningen som følge af bølgediffraktion stiger hurtigt.

En måde at kompensere for denne dæmpning er ved at transmittere bølger, mens der dannes retningsbestemte stråler. Mens de seneste fremskridt inden for halvlederteknologi har muliggjort skabelsen af ​​terahertz-oscillatorer, multiplikatorer og modtagere, der mangler stadig materialer med lavt tab, der er egnede til fremstilling af terahertz-faseskiftere til strålestyring og cirkulatorer til input/output-isolering. Dette forhindrer i sidste ende udviklingen af ​​radarsystemer med bølger i terahertz-området.

"For at omgå dette problem, vi fandt på en ny tilgang til at konstruere et terahertz radarsystem uden at bruge faseskiftere og cirkulatorer, "Yasuaki Monnai, en af ​​forskerne, der ledede den nylige undersøgelse, fortalte TechXplore. "I vores nylige undersøgelse, vi foreslog en multifunktionel bølgeleder, der implementerer et radarsystem i én pakke."

Utætte bølgeantenner (LWA'er), som er en type rejsebølgeantenner, kan sende en stråle i en retning, der ændrer sig i henhold til frekvensen. Monnai og hans kolleger foreslog en tilgang til at redesigne leaky-wave antenner på en måde, der inkorporerer to symmetrier; en i den exciterede tilstand fra den center-fed bølgeleder og en i retningskoblingen af ​​den utætte bølge.

De fandt ud af, at integration af et terahertz-radarsystem på en sådan måde muliggør både strålestyring og homodyne detektionsprocesser på én gang. Deres design kan således bruges til at skabe kompakte og højopløselige terahertz-bølgeradarer, der kan registrere retning og rækkevidde uden brug af faseskiftere, cirkulationspumper, linser eller mekaniske scannere.

"Den konfiguration, vi foreslår, tillader back-scatter fra et mål, som oprindeligt blev lanceret fra den ene side af bølgelederen, at blive fanget af den modsatte side. Den opfangede bølge kan derefter blandes med en referencebølge, der udbreder sig gennem den modsatte side til detektion, " Monnai forklarede. "Oven i sådan hardware, vi trækker retningen ud, afstand og hastighed for et mål ved at behandle de data, der er erhvervet gennem frekvenssweping. Vores tilgang baner vejen for at realisere integrerede terahertz radarsystemer, opnår et betydeligt mindre fodaftryk og højere opløsning end millimeterbølgeradarer."

Forskerne skabte allerede et proof of concept baseret på deres design og viste, at sådan en radar kunne bruges til at indsamle kontaktløse hjerteslagsmålinger, at detektere forskydninger af overfladen af ​​en persons bryst gennem deres tøj. I fremtiden, den radar, de udviklede, kunne have en bred vifte af applikationer, for eksempel at muliggøre lettere, hurtigere, og flere hygiejniske procedurer under sundhedstjek.

"Vi har stadig meget at gøre med bølgeleder (hardware) optimering, " sagde Monnai. "På samme tid, vi har brug for forskning og udvikling, der fokuserer mere på software til at filtrere forstyrrelser i signaler, for eksempel, forårsaget af partielle bølgerefleksioner fra tøj og irrelevante kropsbevægelser. Vi forsøger også at udvikle teknikker, der kan opdage fysiske og mentale helbredstilstande ved at analysere et stort antal datasæt."

© 2020 Science X Network