بخشی از مقاله
خلاصه
در سال های اخیر روش های تصویر برداری و راداری با امواج الکترومغناطیسی درناحیه امواج تراهرتز بسیار موردتوجه قرار گرفته است.گیرنده ازمهمترین بخش های یک سیستم تصویربرداری تراهرتز میباشد .گیرنده های سوپرهتروداین یکی از انواع متداول گیرندههامی باشد. حسن این گیرندهها نسبت به سایرگیرندهها، حساسیت بالای آنها می باشد. دراین پروژه یک گیرنده سوپرهتروداین در باند فرکانسی تراهرتز با استفاده از نرم افزارADS طراحی و شبیه سازی می شود.
درواقع هدف از این مقاله شبیه سازی کامپیوتری سیستم آشکارسازی هتروداین پسیو در باند فرکانسی تراهرتز میباشد. درشبیه سازی کامپیوتری از تشعشعات ساطع شده از بدن یک فرد در حالت عادی استفاده می کنیم. این فرآیند برای عکسبرداری ماهواره ای،هواشناسی،پزشکی،شناسایی امنیتی و مواردی که نیاز به رزولوشن عکسبرداری بالا در رسیدن به جزییات مخفی شده درمحیط عملیاتی به کار می رود.
.1 مقدمه
در طول سالهای اخیر تحقیقات گستردهای پیرامون سیستمهای موج میلیمتری به منظور آشکارسازی و تصویربرداری ، ارتباطات بیسیم مخابراتی با برد کوتاه و سرعت بالا صورت گرفته است. در بازه موج میلیمتری GHz - - 30-300 پنجرههای فرکانسی با فرکانسهای مرکزی 35 GHz، 94، 140، 220 قرار دارند. در این ناحیهها میزان جذب اتمسفر نسبت به فرکانسهای اطراف کمتر است. ُ
این امر نه تنها در هوای صاف صادق است بلکه در شرایط وجود ذرات معلق در هوا مانند گردو غبار، دود، مه غلیظ نیز صدق میکند. این ویژگی برای سیستمهای موج میلیمتری یک برتری قابل توجهی در مقایسه با سیستمهای نوری و مادون قرمز جهت تصویربرداری پسیو تحت شرایط بد آب و هوایی فراهم میسازد. از اینرو، سیستمهای تصویربرداری پسیو موج میلیمتری [1] - PMMW - گزینه مطلوبی جهت کاربردهای مختلف از قبیل آشکارسازی از راه دور[2]، بازرسیهای حفاظتی[3] و حتی امکان تحقیق و بررسی غیر مخرب در بافتهای زیستی [4] و [5] میباشند.
علاوه براین، بدلیل کوتاهتر بودن طول موجهای میلیمتری در مقایسه با ناحیه فرکانسی مایکروویو، تصویربرداری با کیفیت و رزولوشن بالاتری امکانپذیر خواهد بود. همچنین به دلیل کوچکتر بودن اندازه آنتن امکان ساخت یکپارچه سیستم گیرنده فراهم میگردد .[6] بنابراین سیستمهای تصویربرداری PMMW که در اطراف پنجره فرکانسی 94 GHz عمل میکنند، از شرایط مطلوبی به جهت ابعاد دستگاه، شفافیت تصویربرداری و جذب تحت شرایط مختلف جوی بهره میبرند.
از آنجایی که هدف از انجام این پروژه طراحی دوربین موج میلیمتری به منظور تصویربرداری در پنجره فرکانسی 94 GHz و در فاصله 4 متری از جسم میباشد، از طرفی دوربین موج میلیمتری بهمنظور تصویربرداری در محیط بسته باید قادر به آشکارسازی اختلاف دمایی بسیار کمتری بین اجسام دیالکتریک و فلزی در مقایسه با تصویربرداری در محیط باز باشد، درانجام این پروژه سعی شده حساسیت دمایی رادیومتر تا جای ممکن بالا رود.
.2 اساس کار گیرنده سوپرهتروداین
بلوک دیاگرام اصلی یک گیرنده سوپرهتروداین در شکل نشان داده شده است. دربلوک فوق آنتن سیگنال های رادیویی را جمع می کند.فیلتر RF فرکانس مورد نظر را انتخاب کرده و سپس توسط آمپلیفایر تقویت می شود.که در این مرحله ما باید Image Frequeny راحذف کرد.اسیلاتور فرکانس LO را ایجاد می کند.در نهایت دو سیگنال وارد میکسر شده و با هم میکس می شوند.ویک فرکانس IF ایجاد میکنند.
در خروجی میکسر علاوه بر IF ممکن است اینتر مدولاسیون های مرتبه سه و بالاتر را نیز داشته باشیم که توسط فیلتر میان گذر IF حذف می شود سپس سیگنال IF وارد تقویت کننده شده و پس از تقویت توسط دمدولاتور آشکارسازی می شود.تصویر توسط دیودهای موج میلیمتری که اصولا از خانواده دیودگان 1می باشند آشکار می شود وسپس سیگنال پیوسته ی حاصله بوسیله مبدل 2A/Dبه سیگنال دیجیتالی تبدیل،درون یک ویدیو پردازش ودر مونیتور کامپیوتربه نمایش در می آید.
.3 گیرنده هیتروداین
در این قسمت عملکرد گیرنده هیتروداین به ازای ورودی نویز با توانِ معادل دمای جسم مورد نظر را بررسی میکنیم. شماتیک مدار گیرنده هیتروداین طراحی شده در شکل - - 3 نشان داده شده است. در این مدار از یک منبع نویز با پهنای باند 4 GHz برای شبیهسازی سیگنال جمعآوری شده توسط آنتن در ورودی تقویتکننده کم نویز استفاده شده است.
پارامترهای این منبع نویز بهگونهایی انتخاب شده که در پهنای باند 4 GHzتوانی معادل توانِ نویز جسم مورد نظر دارد. توان معادل نویز جسم مورد نظر براساس رابطه - P=KTB - و به ازای تغییرات دمایی 270-310 K در بازه -78/267 تا -77/667 dBm تغییر میکند. در این طراحی فرکانس اسیلاتور مرکزی 80 GHz و اطلاعات موجود در پهنای باند 4 GHz از سیگنالهای RF به فرکانسهای باند میانی در 13-15 GHz انتقال مییابند.
