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Querverweis
auf verwandte Anmeldungen
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Die
vorliegende Anmeldung ist bezüglich
ihres Gegenstands mit der US-Anmeldung für die Patentschrift mit der
Seriennummer ... (Anwaltsaktenzeichen Nr. 10040151) mit dem Titel „A Device
for Reflecting Electromagnetic Radiation", mit der US-Patentanmeldung für die Patentschrift
mit der Seriennummer ... (Anwaltsaktenzeichen Nr. 10040580) mit
dem Titel „Broadband
Binary Phased Antenna" und
mit der US-Anmeldung
für die
Patentschrift mit der Seriennummer ... (Anwaltsaktenzeichen Nr.
10040142) mit dem Titel „System and
Method for Security Inspection Using Microwave Imaging", die allesamt am
24. November 2004 eingereicht wurden, verwandt.
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Ferner
ist die vorliegende Anmeldung bezüglich ihres Gegenstands mit
der US-Anmeldung für
die Patentschrift mit der Seriennummer ... (Anwaltsaktenzeichen
Nr. 10050095) mit dem Titel „System
and Method for Efficient, High-Resolution Microwave Imaging Using
Complementary Transmit and Receive Beam Patterns", mit der U.S.-Anmeldung für die Patentschrift
mit der Seriennummer ... (Anwaltsaktenzeichen 10050215) mit dem
Titel „System
and Method for Inspecting Transportable Items Using Microwave Imaging", mit der US-Anmeldung für die Patentschrift
mit der Seriennummer ... (Anwaltsaktenzeichen Nr. 10050533) mit
dem Titel „System
and Method for Pattern Design in Microwave Programmable Arrays", mit der US-Anmeldung
für die
Patentschrift mit der Seriennummer ... (Anwaltsaktenzeichen Nr.
10050534) mit dem Titel „System
and Method for Microwave Imaging Using an Interleaved Pattern in
a Programmable Reflector Array",
die alle zum selben Datum wie die vorliegende Anmeldung eingereicht
wurden, verwandt.
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Beschreibung
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Die
Fortschritte der jüngsten
Zeit auf dem Gebiet der Mikrowellenabbildung ermöglichten die kommerzielle Entwicklung
von Mikrowellenabbildungssystemen, die in der Lage sind, zweidimensionale
und sogar dreidimensionale Mikrowellenbilder von Objekten und anderen
interessierenden Gegenständen
(z.B. menschlichen Subjekten) zu erzeugen. Derzeit stehen mehrere
Mikrowellenabbildungstechniken zur Verfügung. Beispielweise verwendet
eine Technik ein Array von Mikrowellendetektoren (hiernach als „Antennenelemente" bezeichnet), um
entweder passive Mikrowellenstrahlung, die durch ein Ziel emittiert
wird, das der Person oder dem anderen Objekt zugeordnet ist, oder
reflektierte Mikrowellenstrahlung, die ansprechend auf eine aktive Mikrowellenbeleuchtung
des Ziels von dem Ziel reflektiert wird, zu erfassen. Ein zweidimensionales
oder dreidimensionales Bild der Person oder des anderen Objekts
wird konstruiert, indem das Array von Antennenelementen bezüglich der
Position des Ziels gescannt bzw. abgetastet und/oder indem die Frequenz
(oder Wellenlänge)
der transmittierten bzw. gesendeten oder erfassten Mikrowellenstrahlung
angepasst wird.
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Mikrowellenabbildungssysteme
umfassen üblicherweise
Sende-, Empfangs- und/oder Reflexionsantennenarrays zum Senden,
Empfangen und/oder Reflektieren einer Mikrowellenstrahlung an das/von
dem/zu dem Objekt. Derartige Antennenarrays können unter Verwendung traditioneller
analoger phasengesteuerter Arrays oder von Binärreflektorarrays konstruiert
werden. In beiden Fällen
richtet das Antennenarray üblicherweise
einen Strahl einer Mikrowellenstrahlung auf einen Punkt im 3D-Raum,
der einem Voxel in einem Bild des Objekts entspricht, hiernach als
Ziel bezeichnet. Dies wird dadurch bewerkstelligt, dass jedes der
Antennenelemente in dem Array mit einer jeweiligen Phasenverschiebung
programmiert wird. Beispiele von programmierbaren Antennenarrays
sind in der US-Patentanmeldung Seriennr ... (Anwaltsaktenzeichen
Nr. 10040151) mit dem Titel „A
Device for Reflecting Electromagnetic Radiation" und ... (Anwaltsaktenzeichen Nr. 10040580)
mit dem Titel „Broadband
Binary Phased Antenna" beschrieben.
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Bei
der Verwendung von Reflektorantennenarrays umfasst ein typisches
Mikrowellenabbildungssystem eine Mikrowellenquelle, einen Mikrowellenempfänger, der
gemeinsam mit der Mikrowellenquelle angeordnet sein kann, und ein
oder mehr Reflektorantennenarrays. Durch Programmieren jedes der
reflektierenden Antennenelemente in dem Array mit einer jeweiligen
Phasenverschiebung wird von der Quelle gesendete Mikrowellenstrahlung
an dem Reflektorantennenarray empfangen und zu einem Ziel reflektiert.
Gleichermaßen wird
durch Programmieren jedes der einzelnen reflektierenden Antennenelemente
mit einer jeweiligen Phasenverschiebung reflektierte Mikrowellenstrahlung,
die von dem Ziel reflektiert und durch das Array empfangen wird,
zu dem Mikrowellenempfänger
reflektiert. Der Mikrowellenempfänger
kombiniert die empfangene Mikrowellenstrahlung, die von jedem Antennenelement
in dem Array reflektiert wird, um einen Wert der effektiven Intensität der reflektierten
Mikrowellenstrahlung an dem Ziel zu erzeugen, was den Wert eines
dem Ziel an dem Objekt entsprechenden Pixels oder Voxels darstellt.
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Jedoch
wird ein Teil der von der Quelle stammenden Mikrowellenstrahlung
von dem Array abreflektiert und direkt zu dem Mikrowellenempfänger gesendet,
ohne von dem Ziel abzureflektieren. Ferner wird ein Teil der Mikrowellenstrahlung
von der Quelle von verschiedenen unerwünschten Punkten im 3D-Raum
(z.B. anderen Zielen an dem gerade abgebildeten Objekt oder anderen
Objekten) weg- und zu dem Array hin gestreut und zu dem Mikrowellenempfänger zurückreflektiert.
Eine derartige Streu-Mikrowellenstrahlung trägt zum Hintergrundrauschen
(oft als „Störecho" bezeichnet) bei
und verringert das Signal/Rausch-Verhältnis (SNR – signal-to-noise-ratio) des Mikrowellenabbildungssystems.
Es besteht ein Erfordernis eines Mechanismus zum Minimieren des
Hintergrundrauschens bei einem Mikrowellenbild, das unter Verwendung
eines programmierbaren Reflektorarrays aufgenommen wird.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Mikrowellenabbildungssystem
und ein Verfahren zum Minimieren von Rauschen bei einem Mikrowellenbild
eines Ziels mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Mikrowellenabbildungssystem gemäß Anspruch
1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch
10 gelöst.
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Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung liefern ein Mikrowellenabbildungssystem
zum Aufnehmen eines Mikrowellenbildes eines Ziels und zum Minimieren
von Rauschen in dem Mikrowellenbild unter Verwendung einer Phasendifferenzierung.
Ein Reflektorantennenarray ist vorgesehen, das eine Mehrzahl von Antennenelementen
zum Reflektieren einer Mikrowellenstrahlung zu dem Ziel und zum
Reflektieren einer Mikrowellenstrahlung, die von dem Ziel reflektiert
wird, zu einem Mikrowellenempfänger
umfasst. Ein Prozessor programmiert die Antennenelemente mit jeweiligen
ersten Phasenverschiebungen, um ein erstes Mikrowellenbild des Ziels
aufzunehmen, und programmiert die Antennenelemente mit jeweiligen
zweiten Phasenverschiebungen, um ein zweites Mikrowellenbild des
Ziels aufzunehmen. Die erste Phasenverschiebung jedes Antennenelements
ist um 180 Grad anders als die zweite Phasenverschiebung für dieses
Antennenelement. Der Prozessor minimiert ein Rauschen von einer
Kombination des ersten Mikrowellenbildes und des zweiten Mikrowellenbildes.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
umfasst die an dem Mikrowellenempfänger empfangene Mikrowellenstrahlung
sowohl eine doppelt reflektierte Mikrowellenstrahlung, die durch
das Array von einer Mikrowellenquelle zu dem Ziel und von dem Ziel
zu dem Mikrowellenempfänger
reflektiert wird, und eine einfach reflektierte Mikrowellenstrahlung,
die durch das Array von der Mikrowellenquelle zu dem Mikrowellenempfänger reflektiert wird,
ohne zuerst durch das Array von der Mikrowellenquelle zu dem Ziel
reflektiert zu werden. Die Phase der doppelt reflektierten Mikrowellenstrahlung
bei dem ersten Mikrowellenbild ist dieselbe wie die der doppelt
reflektierten Mikrowellenstrahlung bei dem zweiten Mikrowellenbild.
Jedoch unterscheidet sich die Phase der einfach reflektierten Mikrowellenstrahlung
bei dem ersten Mikrowellenbild um 180 Grad von der Phase der einfach
reflektierten Mikrowellenstrahlung bei dem zweiten Mikrowellenbild.
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Bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel
addiert der Prozessor das erste Mikrowellenbild und das Mikrowellenbild,
um ein abschließendes
Mikrowellenbild zu erzeugen, das lediglich die doppelt reflektierte
Mikrowellenstrahlung sowohl des ersten Mikrowellenbildes als auch
des zweiten Mikrowellenbildes umfasst. Durch ein Miteinanderaddieren
des ersten und des zweiten Mikrowellenbildes ist der Prozessor in
der Lage, die einfach reflektierte Mikrowellenstrahlung, die einer
Rauschkomponente entspricht, aus dem abschließenden Mikrowellenbild zu entfernen.
Die Rauschkomponente kann während
einer Kalibrierung des Mikrowellenabbildungssystems zur späteren Verwendung
beim Korrigieren von Mikrowellenbildern ermittelt werden.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beiliegenden Zeichnungen, die wichtige exemplarische Ausführungsbeispiele
der Erfindung zeigen und durch Bezugnahme in die vorliegende Spezifikation
integriert sind, beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
schematisches Diagramm eines vereinfachten exemplarischen Mikrowellenabbildungssystems,
das ein programmierbares Antennenarray gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden
Erfindung umfasst;
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2 eine
Querschnittsansicht eines passiven Antennenelements zur Verwendung
bei einem Reflektorarray, gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung;
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3 ein
schematisches Diagramm einer Draufsicht auf ein exemplarisches Reflektorarray,
das reflektierende Antennenelemente zum Reflektieren von Mikrowellenstrahlung
umfasst, gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung;
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4 ein
schematisches Diagramm, das die Reflexion von Mikrowellenstrahlung
zwischen einer Mikrowellenquelle und einem Mikrowellenempfänger unter
Verwendung eines programmierbaren Antennenarrays gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
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5 ein
schematisches Diagramm, das eine Leckmikrowellenstrahlung direkt
zwischen einer Mikrowellenquelle und einem Mikrowellenempfänger veranschaulicht;
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6A und 6B schematische
Diagramme, die Phasenverschiebungsänderungen zwischen zwei aufeinander
folgenden Mikrowellenbildern veranschaulichen, wobei jedes von einer
Mikrowellenstrahlung genommen ist, die sowohl ein Signal als auch
ein Rauschen enthält,
gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung;
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7 ein
Blockdiagramm, das die Verarbeitungskomponenten zum Entfernen von
Rauschen aus einem Mikrowellenbild eines Ziels veranschaulicht,
gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung; und
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8 ein
Flussdiagramm, das einen exemplarischen Prozess zum Beseitigen von
Rauschen aus einem Mikrowellenbild eines Ziels veranschaulicht,
gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß ihrer
Verwendung in dem vorliegenden Dokument beziehen sich die Begriffe
Mikrowellenstrahlung und Mikrowellenbeleuchtung jeweils auf das
Band elektromagnetischer Strahlung, das Wellenlängen zwischen 0,3 mm und 30
cm aufweist, die Frequenzen von etwa 1 GHz bis etwa 1000 GHz entsprechen.
Somit umfassen die Begriffe Mikrowellenstrahlung und Mikrowellenbeleuchtung
jeweils traditionelle Mikrowellenstrahlung sowie das, was man üblicherweise
als Millimeterwellenstrahlung bezeichnet.
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1 ist
ein schematisches Diagramm eines vereinfachten exemplarischen Mikrowellenabbildungssystems 10,
gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung. Das Mikrowellenabbildungssystem 10 umfasst
ein oder mehr Arrays 50 (von denen der Zweckmäßigkeit
halber lediglich eines gezeigt ist), von denen jedes in der Lage
ist, Mikrowellenstrahlung zu senden und/oder Mikrowellenstrahlung über Antennenelemente 80 zu
empfangen, um ein Mikrowellenbild eines Objekts (z. B. eines Koffers,
eines menschlichen Subjekts oder eines anderen interessierenden
Gegentandes) aufzunehmen.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
umfasst das Array 50 ein passives programmierbares Reflektorarray, das
aus reflektierenden Antennenelementen 80 zusammengesetzt
ist. Jedes der reflektierenden Antennenelemente ist in der Lage,
mit einer jeweiligen Phasenverschiebung programmiert zu werden,
um einen Strahl einer Mikrowellenstrahlung auf ein Ziel 155 an
dem gerade abgebildeten Objekt 150 zu richten. Die Phasenverschiebung
kann entweder binär
oder kontinuierlich sein. Beispielsweise wird eine Mikrowellenstrahlung,
die durch das Array 50 von einer (nicht gezeigten) Mikrowellenquelle
empfangen wird, zu dem Ziel 155 an dem Objekt 150 reflek tiert,
und reflektierte Mikrowellenstrahlung, die von dem Ziel 155 reflektiert
und durch das Array 50 empfangen wird, wird zu einem (nicht
gezeigten) Mikrowellenempfänger
reflektiert, indem jedes der einzelnen reflektierenden Antennenelemente 80 mit
einer jeweiligen Phasenverschiebung programmiert wird.
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Das
Mikrowellenabbildungssystem 10 umfasst ferner einen Prozessor 100,
ein computerlesbares Medium 110 und eine Anzeige 120.
Der Prozessor 100 umfasst eine beliebige Hardware, Software,
Firmware oder Kombination derselben zum Steuern des Arrays 50 und
zum Verarbeiten der von dem Ziel 155 reflektierten empfangenen
Mikrowellenstrahlung 20, um ein Mikrowellenbild des Ziels 155 und/oder
Objekts 150 herzustellen. Beispielsweise kann der Prozessor 100 eine(n)
oder mehr Mikroprozessoren, Mikrosteuerungen, programmierbare Logikvorrichtungen,
Digitalsignalprozessoren oder andere Arten von Verarbeitungsvorrichtungen umfassen,
die dazu konfiguriert sind, Anweisungen eines Computerprogramms
auszuführen,
sowie einen oder mehr Speicher (z. B. Cache-Speicher), die die Anweisungen und andere
Daten, die durch den Prozessor 100 verwendet werden, speichern.
Jedoch sollte man verstehen, dass auch andere Ausführungsbeispiele
des Prozessors 100 verwendet werden können. Der Speicher 110 ist
eine beliebige Art einer Datenspeichervorrichtung, einschließlich, aber
nicht ausschließlich,
eines Festplattenlaufwerks, eines Direktzugriffsspeichers (RAM),
eines Nur-Lese-Speichers
(ROM), einer Compact-Disk, einer Floppy-Disk, eines ZIP®-Laufwerks,
eines Bandlaufwerks, einer Datenbank oder einer anderen Art von
Speichervorrichtung oder Speichermedium.
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Der
Prozessor 100 arbeitet dahin gehend, die Phasenverzögerungen
oder Phasenverschiebungen jedes der einzelnen Antennenelemente 80 in
dem Array 50 zu programmieren, um mehrere Ziele 155 an
dem Objekt 150 mit Mikrowellenstrahlung zu beleuchten und/oder
reflektierte Mikrowellenbeleuchtung von mehreren Zielen 155 an
dem Objekt 150 zu empfangen. Somit arbeitet der Prozessor 100 in
Verbindung mit dem Array 50 dahin gehend, das Objekt 150 abzutasten.
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Der
Prozessor 100 ist ferner dazu in der Lage, ein Mikrowellenbild
des Objekts 150 unter Verwendung der Intensität der reflektierten
Mikrowellenstrahlung herzustellen, die durch das Array 50 von
jedem Ziel 155 an dem Objekt 150 aufgenommen wird.
Beispielsweise ist der (nicht gezeigte) Mikrowellenempfänger bei
Ausführungsbeispielen,
bei denen das Array 50 ein Reflektorarray ist, in der Lage,
die reflektierte Mikrowellenstrahlung, die von jedem Antennenelement 80 in
dem Array 50 reflektiert wird, zu kombinieren, um einen
Wert der effektiven Intensität
der reflektierten Mikrowellenstrahlung an dem Ziel 155 zu
erzeugen. Der Intensitätswert
wird an den Prozessor 100 geleitet, der den Intensitätswert als
Wert eines Pixels oder Voxels verwendet, das dem Ziel 155 an
dem Objekt 150 entspricht. Im Betrieb kann das Mikrowellenabbildungssystem 10 bei
Frequenzen arbeiten, die ermöglichen,
dass Millionen von Zielen 155 pro Sekunde abgetastet werden.
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Das
resultierende Mikrowellenbild des Ziels 155 und/oder Objekts 150 kann
von dem Prozessor 100 an die Anzeige 120 geleitet
werden, um das Mikrowellenbild anzuzeigen. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist die Anzeige 120 eine zweidimensionale Anzeige zum Anzeigen
eines dreidimensionalen Mikrowellenbildes des Objekts 150 oder
eines oder mehrerer eindimensionaler oder zweidimensionaler Mikrowellenbilder
des Ziels 155 und/oder Objekts 150. Bei einem
anderen Ausführungsbeispiel
ist die Anzeige 120 eine dreidimensionale Anzeige, die
in der Lage ist, ein dreidimensionales Mikrowellenbild des Objekts 150 anzuzeigen.
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Man
sollte verstehen, dass mehrere Arrays 50 verwendet werden
können,
um verschiedene Abschnitte des Objekts 150 abzutasten.
Beispielsweise kann das Mikrowellenabbildungssystem 10 mit
zwei Arrays implementiert sein, von denen jedes ein 1m × 1m-Array
von Antennenelementen 80 umfasst, um die Hälfte des Objekts 150 zu
scannen bzw. abzutasten, wenn das Objekt 150 eine Person
von zwei Metern Höhe
und einem Meter Breite ist. Als weiteres Beispiel kann das Mikrowellenabbildungssystem 10 mit
acht Arrays 50 implementiert sein, von denen jedes ein
0,5 × 0,5-Array
von Antennenelementen 80 umfasst, die in der Lage sind,
einen Quadranten des Personenobjekts 150 abzutasten.
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2 veranschaulicht
eine Querschnittsansicht eines reflektierenden Antennenelements 200 (das dem
Antennenelement 80 in 1 entspricht),
das dahin gehend arbeitet, elektromagnetische Strahlung je nach
dem Impedanzzustand des Antennenelements 200 mit variierender
Phase zu reflektieren. Das reflektierende Antennenelement 200 umfasst
eine Antenne (Patch-Antenne 220a) und eine nicht ideale
Schaltvorrichtung (oberflächenmontierter
Feldeffekttransistor „FET" 222).
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Das
reflektierende Antennenelement 200 ist auf und in einem
Gedruckte-Schaltungsplatine-Substrat 214 gebildet und umfasst
den oberflächenmontierten
FET 222, eine Patch-Antenne 220a, eine Drain-Durchkontaktierung 232,
eine Masseebene 236 und eine Source-Durchkontaktierung 238.
Der oberflächenmontierte FET 222 ist
an der der planaren Patch-Antenne 220a gegenüberliegenden
Seite des Gedruckte-Schaltungsplatine-Substrats 214 angebracht,
und die Masseebene 236 ist zwischen der planaren Patch-Antenne 220a und
dem oberflächenmontierten
FET 222 positioniert. Die Drain-Durchkontaktierung 232 verbindet
das Drain 228 des oberflächenmontierten FET 222 mit
der planaren Patch-Antenne 220a, und die Source-Durchkontaktierung 238 verbindet
die Quelle 226 des oberflächenmontierten FET 222 mit
der Masseebene 236.
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Bei
einem funktionierendem Produkt ist das Reflektorantennenarray mit
einer Steuerungsplatine 240 verbunden, die eine Treiberelektronik
umfasst. Eine beispielhafte Steuerungsplatine 240 ist ebenfalls
in 2 gezeigt und um fasst eine Masseebene 244,
eine Treibersignal-Durchkontaktierung 246 und
eine Treiberelektronik 242. Die Steuerungsplatine 240 umfasst
ferner Verbinder 248, die mit Verbindern 250 des
Reflektorantennenarrays kompatibel sind. Die Verbinder 248 und 250 der
zwei Platinen können
beispielsweise unter Verwendung von Schwalllöten miteinander verbunden sein.
Man sollte verstehen, dass der FET 222 bei anderen Ausführungsbeispielen
an derselben Seite des Gedruckte-Schaltungsplatine-Substrats 214 oberflächenmontiert
sein kann wie die planare Patch-Antenne 220a. Außerdem kann
die Treiberelektronik 242 direkt an dieselbe gedruckte
Schaltungsplatine gelötet
sein, in der das reflektierende Antennenelement 200 gebaut
ist.
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Das
Patch-Antennenelement 220a fungiert dahin gehend, mit mehr
oder weniger Phasenverschiebung zu reflektieren, je nach dem Impedanzpegel
des reflektierenden Antennenelements 200. Das reflektierende
Antennenelement 200 weist eine Impedanzkurve auf, die eine
Funktion der Antennenentwurfsparameter ist. Entwurfsparameter von
Antennen umfassen physische Attribute wie z.B. das dielektrische
Konstruktionsmaterial, die Dicke des dielektrischen Materials, die
Gestalt der Antenne, die Länge
und Breite der Antenne, die Speiseposition und die Dicke der Antennenmetallschicht,
sind aber nicht auf diese beschränkt.
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Der
FET 230 (die nicht ideale Schaltvorrichtung) verändert den
Impedanzzustand des reflektierenden Antennenelements 200, indem
sie dessen ohmschen Zustand verändert.
Ein niedriger ohmscher Zustand (z.B. ein geschlossener Stromkreis
oder ein „Kurzschluss") drückt sich
in einer niedrigen Impedanz aus. Umgekehrt drückt sich ein hoher ohmscher
Zustand (z.B. ein Leerlauf) in einer hohen Impedanz aus. Eine Schaltvorrichtung
mit idealen Leistungsfähigkeitscharakteristika
(die hierin als „ideale" Schaltvorrichtung
bezeichnet wird) erzeugt effektiv eine Nullimpedanz (Z = 0), wenn
ihr Widerstand seinen niedrigsten Zustand aufweist, und effektiv
eine unendliche Impedanz (Z = ∞),
wenn ihr Wider stand seinen höchsten
Zustand aufweist. Wie hierin beschrieben ist, ist eine Schaltvorrichtung „eingeschaltet" bzw. „ein", wenn ihre Impedanz
ihren niedrigsten Zustand aufweist (z.B. Zein =
0) und „ausgeschaltet" bzw. „aus", wenn ihre Impedanz
ihren höchsten
Zustand aufweist (z.B. Zaus = ∞). Da der
Ein- und der Aus-Impedanzzustand einer idealen Schaltvorrichtung
effektiv Zein = 0 und Zaus = ∞ sind,
ist eine ideale Schaltvorrichtung in der Lage, die maximale Phasenverschiebung
ohne Absorption elektromagnetischer Strahlung zwischen dem Ein-
und dem Aus-Zustand zu liefern. Das heißt, dass die ideale Schaltvorrichtung
in der Lage ist, ein Umschalten zwischen Phasenzuständen von
0 und 180 Grad zu liefern. In dem Fall einer idealen Schaltvorrichtung
kann eine maximale Phasenamplituden-Leistungsfähigkeit mit einer Antenne erzielt
werden, die eine beliebige finite nicht Null betragende Impedanz
aufweist.
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Im
Gegensatz zu einer idealen Schaltvorrichtung ist eine „nicht
ideale" Schaltvorrichtung
eine Schaltvorrichtung, die keine Ein- und Aus-Impedanzzustände Zein = 0 bzw. Zaus = ∞ aufweist.
Vielmehr liegen die Ein- und Aus-Impedanzzustände einer
nicht idealen Schaltvorrichtung typischerweise beispielsweise irgendwo
zwischen 0 < |Zein| < |Zaus| < ∞. Bei manchen
Anwendungen können
die Ein- und Aus-Impedanzzustände sogar |Zaus| <=
|Zein| sein. Eine nicht ideale Schaltvorrichtung
kann in bestimmten Frequenzbereichen (z.B. < 10 GHz) ideale Impedanzkurven aufweisen
und in anderen Frequenzbereichen (z.B. > 20 GHz) äußerst unideale Impedanzkurven
aufweisen.
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Da
der Ein- und der Aus-Impedanzzustand einer nicht idealen Schaltvorrichtung
irgendwo zwischen Zein = 0 und Zaus = ∞ liegt,
liefert die nicht ideale Schaltvorrichtung nicht notwendigerweise
die maximale Phasenzustandsleistungsfähigkeit ungeachtet der Impedanz
der entsprechenden Antenne, wobei die maximale Phasenzustandsleistungsfähigkeit
ein Umschalten zwischen Phasenzuständen von 0 und 180 Grad beinhaltet.
Gemäß der Erfindung
ist das reflektierende Anten nenelement 200 der 2 spezifisch
dazu entworfen, eine optimale Phasenleistungsfähigkeit zu liefern, wobei die
optimale Phasenzustandsleistungsfähigkeit eines reflektierenden
Antennenelements der Punkt ist, an dem das reflektierende Element
am nächsten
daran ist, zwischen Phasenamplitudenzuständen von 0 und 180 Grad umzuschalten.
Bei einem Ausführungsbeispiel
ist das Antennenelement 200, um eine optimale Phasenzustandsleistungsfähigkeit
zu erzielen, als Funktion der Impedanz der nicht idealen Schaltvorrichtung
(FET 230) konfiguriert. Beispielsweise ist das Antennenelement 200 derart
entworfen, dass die Impedanz des Antennenelements 200 eine
Funktion von Impedanzkurven des FET 230 ist.
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Ferner
ist das Antennenelement
200 als Funktion der Impedanz der
nicht idealen Schaltvorrichtung (FET
230) in dem eingeschalteten
Zustand Z
ein, und die Impedanz der nicht
idealen Schaltvorrichtung
230 in dem ausgeschalteten Zustand
Z
aus konfiguriert. Bei einem bestimmten
Ausführungsbeispiel
ist die Phasenzustandsleistungsfähigkeit
des reflektierenden Antennenelements
200 optimiert, wenn
das Antennenelement
200 derart konfiguriert sind, dass
die Impedanz des Antennenelements
200 der Quadratwurzel
der Impedanz der nicht idealen Schaltvorrichtung
230 zugeordnet
ist, wenn sie sich in dem eingeschalteten und ausgeschalteten Impedanzzustand,
Z
ein und Z
aus, befinden.
Im Einzelnen ist die Impedanz des Antennenelements
200 die konjugiert
Komplexe des geometrischen Mittelwerts des eingeschalteten und des
ausgeschalteten Impedanzzustands, Z
ein und
Z
aus, der entsprechenden nicht idealen Schaltvorrichtung
230.
Diese Beziehung wird wie folgt dargestellt:
wobei 0* eine konjugiert
Komplexe bezeichnet. Die oben beschriebene Beziehung wird unter
Verwendung der hinreichend bekannten Formel für den komplexen Reflexionskoeffizienten
zwischen einer Quellenimpedanz und einer Lastimpedanz abge leitet.
Wenn man als Quelle das Antennenelement
200 und als Last
die nicht ideale Schaltvorrichtung
230 wählt, wird
der Ein-Zustand-Reflexionskoeffizient gleich dem Gegenteil des Aus-Zustand-Reflexionskoeffizienten
gesetzt, um zu der Gleichung (1) zu gelangen.
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Das
Antennenelement 200 so zu entwerfen, dass es eine optimale
Phasen-Amplituden-Leistungsfähigkeit
aufweist, beinhaltet, die Ein- und Aus-Impedanzen, Zein und
Zaus, der jeweiligen nicht idealen Schaltvorrichtung,
die bei dem reflektierenden Antennenelement 200 (in diesem
Fall dem FET 230) verwendet wird, zu ermitteln. Entwurfsparameter
des Antennenelements 200 werden anschließend manipuliert,
um ein Antennenelement 200 mit einer Impedanz zu erzeugen,
die die in der obigen Gleichung (1) ausgedrückte Beziehung erfüllt. Ein
Antennenelement 200, das die Gleichung (1) erfüllt, kann
entworfen werden, so lange bestimmt wird, dass Zein und
Zaus gesonderte Werte sind.
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Eine
andere Art Schaltvorrichtung als der in 2 gezeigte
oberflächenmontierte
FET 230, die über das
interessierende Frequenzband hinweg nicht ideale Impedanzkurven
aufweist, ist eine Oberflächenmontagediode.
Obwohl oberflächenmontierte
Dioden im Vergleich zu oberflächenmontierten
FETs über
das interessierende Frequenzband hinweg verbesserte Impedanzkurven
aufweisen, sind oberflächenmontierte
FETs jedoch relativ kostengünstig
und können
zur Verwendung bei Reflektorantennenarray-Anwendungen einzeln gepackt
werden.
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Bei
einem Reflektorantennenarray, das als nicht ideale Schaltvorrichtungen
FETs verwendet, hängt die
Strahlabtastgeschwindigkeit, die erzielt werden kann, von einer
Reihe von Faktoren ab, einschließlich des Signal/Rausch-Verhältnisses, Übersprechens
sowie der Schaltzeit. Im Fall eines FET hängt die Schaltzeit von der
Gatekapazität,
der Drain-Source-Kapazität
und dem Kanalwiderstand (d.h. dem Drain-Source-Widerstand) ab. Der
Kanalwiderstand ist in der Tat vom Raum sowie von der Zeit abhängig. Um
die Schaltzeit zwischen Impedanzzuständen zu minimieren, ist das
Drain des FET vorzugsweise zu jeder Zeit Gleichstrom-kurzgeschlossen.
Das Drain ist vorzugsweise zu jeder Zeit Gleichstromkurzgeschlossen,
da ein Schwebenlassen bzw. Floaten des Drain auf Grund der riesigen
Parallelplattenfläche
der Patch-Antenne einen hohen Aus-Zustand-Kanalwiderstand sowie
eine hohe Drain-Source-Kapazität
darstellt. Dies impliziert, dass die Antenne vorzugsweise Gleichstromkurzgeschlossen
ist, man möchte
jedoch, dass der einzige „Hochfrequenzkurzschluss", den die Antenne
erfährt,
an der Source erfolgt. Somit muss der zusätzliche Antenne/Drain-Kurzschluss optimal
positioniert sein, um die Antenne minimal zu stören.
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Man
sollte verstehen, dass bei dem reflektierenden Antennenelement 200 statt
der Patch-Antenne 220a auch andere Arten von Antennen verwendet
werden können.
Beispielsweise, jedoch ohne Einschränkung, umfassen andere Antennentypen
Antennen vom Dipol-, Monopol-, Rahmen- und Dielektrischer-Resonator-Typ. Bei
anderen Ausführungsbeispielen
kann das reflektierende Antennenelement 200 ein kontinuierlichphasenverschobenes
Antennenelement 200 sein, indem die FETs 230 durch
variable Kondensatoren (z.B. Bariumstrontiumtitanat-Kondensatoren
(BST-Kondensatoren)) ersetzt werden. Bei den mit variablen Kondensatoren
beladenen Patches kann für
jedes Antennenelement 200 statt des Binärphasenverschiebens, das durch
die mit FETs beladenen Patches erzeugt wird, ein Kontinuierlich-Phasenverschieben
erzielt werden. kontinuierlich-phasengesteuerte Arrays können dazu
angepasst werden, jegliche gewünschte
Phasenverschiebung zu liefern, um einen Mikrowellenstrahl in einem
Strahlabtastmuster in jede beliebige Richtung zu lenken.
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3 ist
ein schematisches Diagramm einer Draufsicht auf ein exemplarisches
Array 50 zum Reflektieren von Mikrowellenstrahlung, gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung. Bei 3 wird ein
Quellenstrahl 300 einer Mik rowellenstrahlung, der von einer
Mikrowellenquelle 60 gesendet wird, durch verschiedene
Antennenelemente 80 in dem Array 50 empfangen.
Die Mikrowellenquelle kann eine beliebige Quelle sein, die ausreichend
zum Beleuchten des Arrays 50 ist, einschließlich, aber
ohne Einschränkung,
einer Punktquelle, einer Hornantenne oder einer anderen Art von
Antenne. Die Antennenelemente 80 in dem Array 50 sind
jeweils mit einer jeweiligen Phasenverschiebung programmiert, um
einen Sendestrahl 310 einer reflektierten Mikrowellenstrahlung
auf ein Ziel 155 zu richten. Die Phasenverschiebungen sind
dahin gehend ausgewählt,
eine positive Störung
der reflektierten Mikrowellenbeleuchtung 310 von jedem
der Antennenelemente 80 an dem Ziel 155 zu erzeugen.
Im Idealfall ist die Phasenverschiebung jedes der Antennenelemente 80 eingestellt,
um für
jeden Pfad der reflektierten Mikrowellenbeleuchtung 310 dieselbe
Phasenverzögerung
von der Quelle (Antennenelement 80) zum Ziel 155 zu
liefern.
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Auf ähnliche
Weise kann, wie in 4 gezeigt ist, ein Reflexionsstrahl 410 einer
Mikrowellenstrahlung, der von dem Ziel 155 reflektiert
und an dem Array 50 empfangen wird, als Empfangsstrahl 420 reflektierter
Mikrowellenstrahlung zu einem Mikrowellenempfänger 400 reflektiert
werden. Obwohl der Mikrowellenempfänger 400 an einer
anderen räumlichen
Position gezeigt ist als die Mikrowellenquelle 60, sollte
man verstehen, dass die Mikrowellenquelle 60 bei anderen
Ausführungsbeispielen
als separate Antenne oder als Teil des Mikrowellenempfängers 400 (z.
B. ein konfokales Abbildungssystem) in derselben räumlichen
Position angeordnet sein kann wie der Mikrowellenempfänger 400.
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Wie
oben erörtert
wurde, verringert ein Hintergrundrauschen, das aus einer Streustrahlung
von der Mikrowellenquelle zu dem Mikrowellenempfänger resultiert, das Signal/Rausch-Verhältnis (SNR)
des Mikrowellenabbildungssystems. Unter Bezugnahme auf 5 ist
eine exemplarische Leck-(Streu-)Mikrowellenstrahlung zwischen einer
Mikrowellenquelle 60 und einem Mikrowellenempfänger 400 veranschau licht.
Wie bei 4 wird ein Quellenstrahl 300 einer
Mikrowellenstrahlung, der von der Mikrowellenquelle (Antenne) 60 gesendet
wird, durch verschiedene Antennenelemente 80 in dem Array 50 empfangen.
Die Antennenelemente 80 sind jeweils mit einer entsprechenden
Phasenverschiebung programmiert, um einen Sendestrahl 310 einer Mikrowellenstrahlung
zu einem Ziel 155 zu reflektieren. Jedoch wird ein Teil
der Mikrowellenstrahlung in dem Quellenstrahl 300 in einem
Streustrahl 500 einer Streu-Mikrowellenstrahlung von dem
Array 50 ab- und zu dem Mikrowellenempfänger 400 reflektiert.
Obwohl dies nicht gezeigt ist, sollte man außerdem verstehen, dass der Streustrahl 500 einer
Streu-Mikrowellenstrahlung
ferner andere Quellen einer Streu-Mikrowellenstrahlung umfasst. Beispielsweise
umfasst der Streustrahl 500 außerdem Mikrowellenstrahlung,
die von verschiedenen unerwünschten
Punkten im 3D-Raum (z.B. anderen Zielen an dem derzeit abgebildeten
Objekt oder an anderen Objekten) weg- und zu dem Array gestreut
wird und zu dem Mikrowellenempfänger 400 zurückreflektiert
wird. Diese Streu-Mikrowellenstrahlung 500 kann die Qualität des resultierenden
Mikrowellenbildes durch Verringern des SNR verringern.
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Gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung wird das Rauschen in dem Mikrowellenbild minimiert,
indem die Streu-Mikrowellenstrahlung unter Verwendung einer Phasendifferenzierung
beseitigt wird. 6A und 6B veranschaulichen
ein Beispiel einer Phasendifferenzierung zwischen aufeinander folgenden
Mikrowellenbildern, um ein Rauschen aus den Mikrowellenbildern zu
isolieren und beseitigen. Wie in 6A zu
sehen ist, sendet die Mikrowellenquelle 60 einen Quellenstrahl 300 einer
Mikrowellenstrahlung zu verschiedenen Antennenelementen 80a und 80b in
dem Array 50. Jedes der Antennenelemente 80a und 80b ist
mit einer jeweiligen ersten Phasenverschiebung programmiert, um
einen Sendestrahl 310 einer Mikrowellenstrahlung zu einem
Ziel 155 zu reflektieren. Beispielsweise ist das Antennenelement 80a mit
einer ersten Phasenverschiebung P1 programmiert, und das Antennenelement 80b ist
mit einer ersten Phasenverschiebung von P2 programmiert. Der Einfachheit
halber ist in den 6A und 6B ein
Binärarray 50 gezeigt, das
in der Lage ist, lediglich zwei unterschiedliche Phasenverschiebungen
(z.B. 0 Grad und 180 Grad) zu erzeugen. Somit kann z.B. P1 einer
Phasenverschiebung von 0 Grad entsprechen, und P2 kann einer Phasenverschiebung
von 180 Grad entsprechen. Jedoch sollte man verstehen, dass Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung gleichermaßen auf andere quantisierte
Arrays und auf kontinuierlich phasengesteuerte Arrays anwendbar
sind.
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Bei 6A wird
die von dem Antennenelement 80a zu dem Ziel 155 reflektierte
Mikrowellenstrahlung 310 als reflektierte Mikrowellenstrahlung 410 von
dem Ziel 155 zu dem Array 50 zurückreflektiert.
Die reflektierte Mikrowellenstrahlung 410 wird an dem Antennenelement 80c empfangen,
das mit einer ersten Phasenverschiebung P2 programmiert ist, um
die reflektierte Mikrowellenstrahlung 410 als doppelt reflektierte
Mikrowellenstrahlung 420a zu dem Mikrowellenempfänger 400 zu
reflektieren. Jedoch wird nicht die gesamte reflektierte Strahlung
von 80a und 80b zu dem Ziel gesendet bzw. transmittiert,
sondern es wird vielmehr ein Teil der Mikrowellenstrahlung als Streu-Mikrowellenstrahlung
(einfach reflektierte Mikrowellenstrahlung) 500a direkt
zu dem Empfänger
reflektiert. Gemäß seiner
Verwendung in dem vorliegenden Dokument umfasst der Begriff „einfach
reflektierte Mikrowellenstrahlung" sowohl Streu-Mikrowellenstrahlung,
die direkt von der Mikrowellenquelle 60 zu dem Array 50 und
anschließend
direkt zu dem Mikrowellenempfänger 400 gesendet
wird, als auch Streu-Mikrowellenstrahlung,
die von unerwünschten
Streuobjekten ab- und zu dem Array 50 und anschließend direkt
zu dem Mikrowellenempfänger 400 reflektiert
wird. Somit umfasst ein Strahl 600 einer an dem Mikrowellenempfänger 400 empfangenen
reflektierten Mikrowellenstrahlung sowohl doppelt reflektierte Mikrowellenstrahlung 420a (Signal)
als auch einfach reflektierte Mikrowellenstrahlung 500a (Rauschen).
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Folglich
umfasst das unter Verwendung des Strahls 600 einer Mikrowellenstrahlung
aufgenommene Mikrowellenbild ein Rauschelement.
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Um
das Rauschelement in dem Mikrowellenbild zu minimieren, wird ein
zusätzliches
Mikrowellenbild des Zieles aufgenommen, indem die Antennenelemente 80a-80c mit
jeweiligen zweiten Phasenverschiebungen programmiert werden, die
sich jeweils um 180 Grad von der für dieses Antennenelement 80a-80c programmierten
ersten Phasenverschiebung unterscheiden. Beispielsweise wird das
Antennenelement 80a mit einer zweiten Phasenverschiebung
P2 programmiert, und das Antennenelement 80b wird mit einer
zweiten Phasenverschiebung P1 programmiert. Wiederum wird die von
dem Antennenelement 80a zu dem Ziel 155 reflektierte
Mikrowellenstrahlung 310 als reflektierte Mikrowellenstrahlung 410 von
dem Ziel 155 zu dem Array 50 zurückreflektiert.
Die reflektierte Mikrowellenstrahlung 410 wird an dem Antennenelement 80c empfangen, das
mit der zweiten Phasenverschiebung P1 programmiert ist, um die reflektierte
Mikrowellenstrahlung 410 als doppelt reflektierte Mikrowellenstrahlung 420b zu
dem Mikrowellenempfänger 400 zu
reflektieren. Außerdem wird
ein Teil der an dem Antennenelement 80b empfangenen Mikrowellenstrahlung
als Streu-Mikrowellenstrahlung (einfach reflektierte Mikrowellenstrahlung) 500b direkt
zu dem Empfänger
reflektiert. Somit umfasst ein Strahl 610 einer reflektierten
Mikrowellenstrahlung, der an dem Mikrowellenempfänger 400 empfangen wird,
sowohl doppelt reflektierte Mikrowellenstrahlung 420b (Signal)
als auch einfach reflektierte Mikrowellenstrahlung 500b (Rauschen).
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Wenn
man 6A und 6B vergleicht,
kann man sehen, dass die für
das Antennenelement 80a programmierte erste Phasenverschiebung
P1 (z.B. 0 Grad) ist, und die zweite für das Antennenelement 80a programmierte
Phasenverschiebung P2 (z.B. 180 Grad) ist, die gegenphasig zu P1
ist. Desgleichen ist die für das
Antennenelement 80b programmierte erste Phasenverschiebung
P2 (z.B. 180 Grad), und die für
das An tennenelement 80b programmierte zweite Phasenverschiebung
ist P1 (z.B. 0 Grad), die gegenphasig zu P2 ist. Somit ist die an
dem Antennenelement 80b empfangene und als Streu-Mikrowellenstrahlung
(einfach reflektierte Mikrowellenstrahlung) 500b direkt
zu dem Empfänger
reflektierte Mikrowellenstrahlung in der 6B um
180 Grad von der einfach reflektierten Mikrowellenstrahlung 500a in 6A phasenverschoben.
Jedoch weist die doppelt reflektierte Mikrowellenstrahlung 420b in 6B dieselbe
Phase auf wie die doppelt reflektierte Mikrowellenstrahlung 420a in 6A.
Da die doppelt reflektierte Mikrowellenstrahlung 420 zweimal
von dem Array 50 abreflektiert wird, ist die Gesamtphasenverschiebung,
die die doppelt reflektierte Mikrowellenstrahlung 420b in 6B erfährt, dieselbe
wie die, die die doppelt reflektierte Mikrowellenstrahlung 420a in 6A erfährt.
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Angenommen,
dass eine Phasenverschiebung P1 z.B. einer Phasenverschiebung von
0 Grad entspricht, und eine Phasenverschiebung P2 einer Phasenverschiebung
von 180 Grad entspricht, so wird die an dem Antennenelement 80a in 6A empfangene
Mikrowellenstrahlung 300 mit einer Phasenverschiebung von
0 Grad zu dem Ziel 155 reflektiert. Die reflektierte Mikrowellenstrahlung 410,
die von dem Ziel 155 reflektiert und an dem Antennenelement 80c empfangen
wird, wird mit einer Phasenverschiebung von 180 Grad zu dem Mikrowellenempfänger 400 reflektiert.
Somit beträgt
die Gesamtphasenverschiebung, die die doppelt reflektierte Mikrowellenstrahlung 420a erfährt, 180
Grad. Desgleichen wird bei 6B die
an dem Antennenelement 80a in 6B empfangene
Mikrowellenstrahlung 300 mit einer Phasenverschiebung von
180 Grad zu dem Ziel 155 reflektiert. Die reflektierte
Mikrowellenstrahlung 410, die von dem Ziel 155 reflektiert
und an dem Antennenelement 80c empfangen wird, wird mit
einer Phasenverschiebung von 0 Grad zu dem Mikrowellenempfänger 400 reflektiert.
Somit beträgt
die durch die doppelt reflektierte Mikrowellenstrahlung 420b erfahrene Gesamtphasenverschiebung
ebenfalls 180 Grad. Aus diesen zwei Mikrowellenbildern, die so aufgenommen werden,
dass die Phase aller Antennenelemente 80 in dem Array 50 zwischen
den zwei Bildern um 180 Grad verschoben ist, kann das Rauschen aus
dem ersten Mikrowellenbild beseitigt werden.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
kann das Wechseln von Phasenverschiebungen zwischen dem ersten Mikrowellenbild
und dem zweiten Mikrowellenbild implementiert werden, indem die
einzelnen Antennenelemente 80 separat mit unterschiedlichen
Phasenverschiebungsmustern für
jedes Mikrowellenbild programmiert werden. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel
kann jedes Antennenelement 80 eine Logik umfassen, um zwischen
der ersten Phasenverschiebung und der zweiten Phasenverschiebung
zu wechseln. Bei einem Binärarray,
bei dem die Phasenverschiebungen entweder einem Logikzustand „1" oder einem Logikzustand „0" entsprechen, kann,
statt eines Ladens eines neuen Musters in das Array für das zweite
Mikrowellenbild beispielsweise jedes Antennenelement 80 eine
Logik umfassen, die den Logikzustand des Antennenelements 80 zwischen
dem ersten und dem zweiten Bild von einer „1" zu einer „0", oder umgekehrt, wechselt.
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7 ist
ein Blockdiagramm, das die Verarbeitungskomponenten zum Beseitigen
von Rauschen aus einem Mikrowellenbild eines Ziels veranschaulicht,
gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung. Wie oben in Verbindung mit 6A und 6B beschrieben
wurde, empfängt
der Mikrowellenempfänger 400 einen
ersten Strahl 600 einer Mikrowellenstrahlung und einen
zweiten Strahl 610 einer Mikrowellenstrahlung. Jeder Strahl 600 und 610 enthält sowohl
eine Signalkomponente (z.B. doppelt reflektierte Mikrowellenstrahlung 420a und 420b,
die in 6A und 6B gezeigt
ist) als auch eine Rauschkomponente (z.B. einfach reflektierte Mikrowellenstrahlung 500a und 500b,
die in 6A und 6B gezeigt
ist). Die gemessene Intensität 700 und 710 jedes
Strahls 600 bzw. 610 wird in einen Addierer 720 in
dem Prozessor 100 eingegeben, um die dem ersten Mikrowellenbild
entsprechende erste gemessene Intensität 700 mit der dem zweiten
Mikrowellenbild entsprechenden zweiten gemessenen Intensität 710 zu
addieren.
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Da
die durch die doppelt reflektierte Mikrowellenstrahlung (Signalkomponente)
erfahrene Gesamtphasenverschiebung in jedem Strahl 600 und 610 dieselbe
ist, summiert die durch den Addierer 720 durchgeführte Addition
die Signalkomponenten in beiden Strahlen 600 und 610.
Da jedoch die einfach reflektierte Mikrowellenstrahlung (Rauschkomponente)
in jedem Strahl 600 und 610 zwischen den zwei
Strahlen 600 und 610 eine Phasenverschiebung von
180 Grad erfährt,
beseitigt die durch den Addierer 720 durchgeführte Addition
die Rauschkomponente (d.h. die Rauschkomponente wird aufgehoben).
Das durch den Addierer 720 erzeugte Ergebnis ist ein abschließendes Mikrowellenbild 730,
das die Signalkomponente beider Strahlen 600 und 610 umfasst.
Somit entspricht das abschließende
Mikrowellenbild 730 dem Mikrowellenbild, das sich aus der
reflektierten Mikrowellenstrahlung 420 in 4 ohne
jegliches in dem System vorhandenes Rauschen ergeben würde.
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist die Gesamtbelichtungszeit für
die Kombination des ersten Strahls 600 und des zweiten
Strahls 620 im Wesentlichen gleich der Gesamtintegrationszeit
des Mikrowellenempfängers 400.
Da die Signalkomponenten jedes Strahls 600 und 610 miteinander
addiert werden, wird die Integrationszeit jeder Signalkomponente
addiert, um eine vollständige
Integrationszeit zu bilden, die der Empfänger benötigt, um das abschließende Mikrowellenbild 730 des
Ziels aufzunehmen. Somit können
die zwei phasenverschobenen Mikrowellenbilder innerhalb des Zeitrahmens
eines einzigen Mikrowellenbildes aufgenommen werden.
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Man
sollte verstehen, dass der oben beschriebene Rauschbeseitigungsmechanismus
bei einem Ausführungsbeispiel
für jedes
Mikrowellenbild implementiert wird, das durch das Mikrowellenabbildungssystem aufgenommen
wird. Bei anderen Ausführungsbeispielen
wird der Rauschbeseitigungsmechanismus während einer Kalibrierung des
Mikrowellenabbildungssystems implementiert, und die während des
Kalibrierungsprozesses ermittelte Rauschkomponente wird bei durch
das Mikrowellenabbildungssystem durchgeführten anschließenden Messungen
verwendet, um die durch das Mikrowellenabbildungssystem aufgenommenen
Mikrowellenbilder zu korrigieren.
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8 ist
ein Flussdiagramm, das einen exemplarischen Prozess 800 zum
Optimieren eines Mikrowellenabbildungssystems zum Aufnehmen eines
Mikrowellenbildes eines Ziels veranschaulicht, gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung. Anfänglich
ist bei Block 810 ein Array von programmierbaren Mikrowellenantennenelementen
vorgesehen. Bei Block 820 wird jedes der Antennenelemente
in dem Array mit einer jeweiligen ersten Phasenverschiebung programmiert,
um einen Strahl einer Mikrowellenstrahlung auf ein Ziel zu richten.
Bei Block 830 wird ein erstes Mikrowellenbild des Ziels
aufgenommen.
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Danach
wird bei Block 840 die programmierte Phasenverschiebung
jedes der Antennenelemente um 180 Grad gedreht, um bei Block 850 ein
zweites Mikrowellenbild des Ziels aufzunehmen. Das erste und das zweite
Mikrowellenbild werden bei Block 860 miteinander addiert,
um eine Rauschkomponente aus den Bildern zu beseitigen und ein abschließendes Mikrowellenbild
zu erzeugen, das lediglich die Signalkomponente aus dem ersten und
dem zweiten Mikrowellenbild enthält.
Bei Block 870 wird das abschließende Mikrowellenbild als das
Mikrowellenbild des Ziels ausgegeben.
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Wie
Fachleute erkennen werden, können
die in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen innovativen Konzepte über eine
große
Bandbreite von Anwendungen hinweg modifiziert und variiert werden.
Demgemäß sollte
der Schutzumfang des Gegenstandes der Patentschrift nicht auf eine
der erörterten
spezifischen beispielhaften Lehren beschränkt sein, sondern wird stattdessen
durch die folgenden Patentansprüche
definiert.
