Forskare vid Keio University och National Institute of Information and Communications Technology (NICT) i Japan har nyligen introducerat en ny design för en terahertz-vågsradar baserad på en teknik som kallas leaky-wave coherence tomography. Deras papper, publiceras i Naturelektronik , skulle kunna hjälpa till att lösa några av begränsningarna hos befintlig vågradar.

Användningen av radar, särskilt millimetervågsradar, har ökat markant under de senaste åren, särskilt i utvecklingen av smarta och självkörande fordon. Avståndet och vinkelupplösningarna för radar är vanligtvis begränsade av deras bandbredd och våglängd, respektive.

Terahertz vågor, som har högre frekvenser och kortare våglängder än millimetervågor, möjliggör utveckling av radarsystem med ett mindre fotavtryck och högre upplösning. När våglängderna blir kortare, dock, dämpningen till följd av vågdiffraktion ökar snabbt.

Ett sätt att kompensera för denna dämpning är genom att sända vågor samtidigt som riktningsstrålar bildas. Medan de senaste framstegen inom halvledarteknologi har möjliggjort skapandet av terahertzoscillatorer, multiplikatorer och mottagare, det saknas fortfarande material med låga förluster som lämpar sig för tillverkning av terahertz fasskiftare för strålstyrning och cirkulatorer för ingångs-/utgångsisolering. Detta förhindrar slutligen utvecklingen av radarsystem med vågor i terahertz -området.

"För att kringgå denna fråga, vi kom på en ny metod för att konstruera ett terahertz-radarsystem utan att använda fasskiftare och cirkulatorer, " Yasuaki Monnai, en av forskarna som ledde den senaste studien, berättade TechXplore. "I vår senaste studie, vi föreslog en multifunktionell vågledare som implementerar ett radarsystem i ett paket."

Läckande vågantenner (LWA), som är en typ av resande vågantenner, kan avfyra en stråle i en riktning som ändras efter frekvens. Monnai och hans kollegor föreslog ett tillvägagångssätt för att omdesigna läckande vågantenner på ett sätt som innehåller två symmetrier; en i exciterat läge från den centrummatade vågledaren och en i riktningskopplingen av den läckande vågen.

De fann att integration av ett terahertz-radarsystem på ett sådant sätt möjliggör både strålstyrning och homodyndetekteringsprocesser på en gång. Deras design kan alltså användas för att skapa kompakta och högupplösta terahertzvågsradarer som kan detektera riktning och avstånd utan användning av fasskiftare, cirkulationspumpar, linser eller mekaniska skannrar.

"Konfigurationen vi föreslår tillåter back-scatter från ett mål, som ursprungligen lanserades från ena sidan av vågledaren, att fångas av den motsatta sidan. Den fångade vågen kan sedan blandas med en referensvåg som utbreder sig över den motsatta sidan för detektering, " förklarade Monnai. "Utöver sådan hårdvara, vi extraherar riktningen, avstånd och hastighet för ett mål genom att bearbeta data som förvärvats genom frekvenssvepning. Vårt tillvägagångssätt banar väg för att förverkliga integrerade terahertz -radarsystem, uppnå ett betydligt mindre fotavtryck och högre upplösning än millimetervågsradarer."

Forskarna skapade redan ett proof of concept baserat på deras design och visade att en sådan radar kunde användas för att samla in kontaktlösa hjärtslagsmätningar, upptäcka förskjutningar av ytan på en persons bröstkorg genom sina kläder. I framtiden, radarn de utvecklade kunde ha en mängd olika tillämpningar, till exempel möjliggör enklare, snabbare, och mer hygieniska procedurer vid hälsokontroller.

"Vi har fortfarande mycket att göra när det gäller optimering av vågledare (hårdvara), "Sa Monnai." Samtidigt, vi behöver forskning och utveckling som fokuserar mer på mjukvara för att filtrera störningar i signaler, till exempel, orsakas av partiella vågreflektioner från kläder och irrelevanta kroppsrörelser. Vi försöker också utveckla tekniker som kan upptäcka fysiska och psykiska hälsotillstånd genom att analysera ett stort antal datauppsättningar."

© 2020 Science X Network