본 논문에서 설계 및 제작된 보안 검색 시스템은 물체 및 사람으로부터 방사된 에너지를 수신하여 이미지화 하는 시스템이다. 제안한 보안 검색 시스템은 다채널 수신을 위한 집적화된 어레이 안테나를 적용하였으며, 16개의 4단 저잡음 증폭기와 디텍터, CCD/IR 카메라와 반사판 그리고 밀리미터파 렌즈로 구성된다. 본 시스템은 공기 중의 열잡음 신호를 감지해야 하므로, 높은 수신감도와 넓은 대역폭이 요구된다. 시스템에 사용된 저잡음 증폭기 모듈의 이득특성은 82GHz~102GHz의 대역에서 65.8dB의 평균 이득특성을 가진다. 또한 증폭기 모듈로부터 입력된 열잡음 신호를 DC 전압 값으로 나타낼 수 있는 검출기를 제작하였다. 제작된 검출기는 제로-바이어스 쇼트키 다이오드를 사용하여 물체에서 방사된 밀리미터파 신호를 DC 출력 전압으로 변환하는 방사 분석 센서이다. 제작된 검출기의 특성은 0dBm 입력전력에서 350~400mV/mW, 검출 가능 입력 전력 범위는 -10~13dBm으로 우수한 성능을 보였다. 제작된 보안 검색 시스템은 은닉된 금속 재질의 물체뿐만 아니라, 플라스틱 등으로 이루어진 물체들도 검색이 가능하다.
본 논문에서 설계 및 제작된 보안 검색 시스템은 물체 및 사람으로부터 방사된 에너지를 수신하여 이미지화 하는 시스템이다. 제안한 보안 검색 시스템은 다채널 수신을 위한 집적화된 어레이 안테나를 적용하였으며, 16개의 4단 저잡음 증폭기와 디텍터, CCD/IR 카메라와 반사판 그리고 밀리미터파 렌즈로 구성된다. 본 시스템은 공기 중의 열잡음 신호를 감지해야 하므로, 높은 수신감도와 넓은 대역폭이 요구된다. 시스템에 사용된 저잡음 증폭기 모듈의 이득특성은 82GHz~102GHz의 대역에서 65.8dB의 평균 이득특성을 가진다. 또한 증폭기 모듈로부터 입력된 열잡음 신호를 DC 전압 값으로 나타낼 수 있는 검출기를 제작하였다. 제작된 검출기는 제로-바이어스 쇼트키 다이오드를 사용하여 물체에서 방사된 밀리미터파 신호를 DC 출력 전압으로 변환하는 방사 분석 센서이다. 제작된 검출기의 특성은 0dBm 입력전력에서 350~400mV/mW, 검출 가능 입력 전력 범위는 -10~13dBm으로 우수한 성능을 보였다. 제작된 보안 검색 시스템은 은닉된 금속 재질의 물체뿐만 아니라, 플라스틱 등으로 이루어진 물체들도 검색이 가능하다.
The designed and fabricated millimeter-wave security screening system receives radiation energy from an object and a human body. The imaging system consist of sixteen array antennas, sixteen four-stage LNAs, sixteen detectors, an infrared camera, a CCD camera, reflector, and a focusing lens. This sy...
The designed and fabricated millimeter-wave security screening system receives radiation energy from an object and a human body. The imaging system consist of sixteen array antennas, sixteen four-stage LNAs, sixteen detectors, an infrared camera, a CCD camera, reflector, and a focusing lens. This system requires high sensitivity and wide bandwidth to detect the input thermal noise. The LNA module of the system has been measured to have 65.8 dB in average linear gain and 82 GHz~102 GHz in bandwidth to enhance the sensitivity for thermal noise, and to receive it over a wide bandwidth. The detector is used for direct current (DC) output translation of millimeter-wave signals with a zero bias Schottky diode. The lens and front-end of the millimeter-wave sensor are important in the system to detect the input thermal noise signal. The frequency range in the receiving sensitivity of the detectors was 350 to 400 mV/mW at 0 dBm (1 mW) input power. The developed W-band imaging system is effective for detecting and identifying concealed objects such as metal or plastic.
The designed and fabricated millimeter-wave security screening system receives radiation energy from an object and a human body. The imaging system consist of sixteen array antennas, sixteen four-stage LNAs, sixteen detectors, an infrared camera, a CCD camera, reflector, and a focusing lens. This system requires high sensitivity and wide bandwidth to detect the input thermal noise. The LNA module of the system has been measured to have 65.8 dB in average linear gain and 82 GHz~102 GHz in bandwidth to enhance the sensitivity for thermal noise, and to receive it over a wide bandwidth. The detector is used for direct current (DC) output translation of millimeter-wave signals with a zero bias Schottky diode. The lens and front-end of the millimeter-wave sensor are important in the system to detect the input thermal noise signal. The frequency range in the receiving sensitivity of the detectors was 350 to 400 mV/mW at 0 dBm (1 mW) input power. The developed W-band imaging system is effective for detecting and identifying concealed objects such as metal or plastic.
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문제 정의
본 논문에서는 수동 밀리미터파 보안 검색 시스템을 제안하였다. 제안한 보안 검색 시스템은 다채널 수신을 위한 집적화된 어레이 안테나를 적용하였으며, 16개의 4단 저손실 증폭기와 검출기, CCD/IR 카메라와 반사판, 밀리미터파 렌즈로 구성된다.
본 논문에서는 수동 밀리미터파 보안 검색 시스템을 제안한다. 16개의 밀리미터파 이미징 센서를 구성하여 반사판을 이용한 기계적인 스캐닝 방법으로 밀리미터파 영상을 구성하는 방식이다.
제안 방법
본 논문에서는 수동 밀리미터파 보안 검색 시스템을 제안하였다. 제안한 보안 검색 시스템은 다채널 수신을 위한 집적화된 어레이 안테나를 적용하였으며, 16개의 4단 저손실 증폭기와 검출기, CCD/IR 카메라와 반사판, 밀리미터파 렌즈로 구성된다. 시스템에 사용된 저잡음 증폭기 모듈의 이득특성은 82GHz～102GHz의 대역에서 65.
대상 데이터
밀리미터파 대역 신호 집속용으로 89GHz～99GHz대역의 밀리미터파용 렌즈를 설계하였다. 재료는 테프론을 사용했으며, 94GHz를 중심 주파수를 갖는다.
본 논문에서 제안한 시스템은 NETD(Noise Equivalent Temperature Difference)가 2K 이하이고, 공간 분해능은 약 5cm, 영상 획득 프레임수는 1Hz로 개발에서 참고한 상용 제품과의 비교는 표 1과 같다.
4단 저잡음 증폭기의 측정된 주파수 응답특성은 80～100GHz에서 평균적으로 65dB 정도의 특성을 가진다. 저잡음 증폭기칩은 ALH504(Northrop Grumman)를 사용하였다.
성능/효과
제작된 디텍터의 특성은 0dBm 입력전력에서 350～400mV/mW, 검출 가능 입력전력 범위는 -10～13dBm으로 우수한 성능을 보였다. 실험을 통해 은닉된 금속 재질의 물체뿐만 아니라, 플라스틱 등으로 이루어진 물체들도 검색이 가능함을 확인하였다. 향후 시스템의 NETD를 높여 밀리미터파 영상의 화질을 개선하고, 영상처리를 통한 물체 검출을 진행할 예정이다.
검출기는 제로-바이어스 쇼트키 다이오드를 사용하여 물체에서 방사된 밀리미터파 신호를 DC 출력 전압으로 변환한다. 제작된 디텍터의 특성은 0dBm 입력전력에서 350～400mV/mW, 검출 가능 입력전력 범위는 -10～13dBm으로 우수한 성능을 보였다. 실험을 통해 은닉된 금속 재질의 물체뿐만 아니라, 플라스틱 등으로 이루어진 물체들도 검색이 가능함을 확인하였다.
후속연구
실험을 통해 은닉된 금속 재질의 물체뿐만 아니라, 플라스틱 등으로 이루어진 물체들도 검색이 가능함을 확인하였다. 향후 시스템의 NETD를 높여 밀리미터파 영상의 화질을 개선하고, 영상처리를 통한 물체 검출을 진행할 예정이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
밀리미터파를 이용한 수동 이미징 시스템은 무엇인가?
밀리미터파를 이용한 수동 이미징 시스템은 물체가 가지는 온도에 비례하여 방사하는 열잡음 중에서 밀리미터파 영역의 신호를 수신하여 영상으로 만드는 방법이다. 밀리미터파는 가시광선이나 적외선에 비해 구름, 안개, 비, 먼지, 화염에 의한 감쇄가 적고, 마이크로파보다 높은 분해능을 얻을 수 있는 장점이 있다.
밀리미터파의 장점은?
밀리미터파를 이용한 수동 이미징 시스템은 물체가 가지는 온도에 비례하여 방사하는 열잡음 중에서 밀리미터파 영역의 신호를 수신하여 영상으로 만드는 방법이다. 밀리미터파는 가시광선이나 적외선에 비해 구름, 안개, 비, 먼지, 화염에 의한 감쇄가 적고, 마이크로파보다 높은 분해능을 얻을 수 있는 장점이 있다.
수동 밀리미터파 보안 검색 시스템의 구성은?
본 논문에서는 수동 밀리미터파 보안 검색 시스템을 제안하였다. 제안한 보안 검색 시스템은 다채널 수신을 위한 집적화된 어레이 안테나를 적용하였으며, 16개의 4단 저손실 증폭기와 검출기, CCD/IR 카메라와 반사판, 밀리미터파 렌즈로 구성된다. 시스템에 사용된 저잡음 증폭기 모듈의 이득특성은 82GHz～102GHz의 대역에서 65.
참고문헌 (6)
Kyung Kwon Jung, Yeon Sik Chae, and Jin Koo Rhee, "Studies on the Millimeter-wave Passive Imaging Sensor," Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers, Vol. 45-SC, No. 2, pp. 1-7, March 2008.
M. Shoucri, R. Davidheiser, B. Hauss, P. Lee, M. Mussetto, S. Young, L. Yujiri, "A passive millimeter wave camera for aircraft landing in low visibility conditions," IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine, Volume 10, Issue 5, pp. 37-42, May 1995.
Hyun-Jun Lim, Yeon-Sik Chae, Kyung-Kwon Jung, Mi-Ra Kim, and Jin-Koo Rhee, "Study Of Millimeter-Wave Passive Imaging Sensor Using the Horn Array Antenna," Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers, Vol. 47-TC, No 2, pp. 67-73, Feb. 2010.
G. S. Dow, D. C. W. Lo, Y. Guo, E. W. Lin, T. T. Chung, M. D. Biedenbender, O. Miromontes, A. Marashi, L. Yujiri, P. S. C. Lee, M. M. Shoucri, B. R. Allen, "Large scale W-band focal plane array for passive radiometric imaging," IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, Volume 1, pp. 369-372, 1996.
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