Sejak akhir-akhir ini, sistem berasaskan Jalur Lebar Ultra (UWB) mempamerkan
prestasi metrik yang lebih tinggi berbanding sistem komunikasi jalur sempit.
Pengimejan gelombang mikro UWB adalah sebuah aplikasi baru dalam bidang
bioperubatan, pengesanan objek dan beberapa bidang lain. Penjana Denyut Sempit
(NPG) adalah salah satu elemen penting bagi sistem pengimejan UWB dan ciri-ciri
sebahagiannya menentukan prestasi keseluruhan sistem. Pelbagai reka bentuk NPG
telah dibangunkan untuk aplikasi tertentu dan kebanyakannya direka untuk integrasi
teknologi CMOS. Tambahannya, reka bentuk ini kurang fleksibel untuk penalaan
lebar denyut pengguna. Dalam kajian ini, sumbangan utama adalah reka bentuk sub
nano saat NPG berkos rendah dengan pelbagai ciri seperti penalaan tempoh denyutan
dan untuk menjana bentuk denyut dengan masa menaik dan menurun ultra-cepat
yang mampu mempertingkatkan kualiti pengimejan gelombang mikto UWB. Reka
bentuk ini bertujuan untuk mengurangkan kos NPG dengan penggunaan komponen
yang tersedia. Masa peralihan yang sangat rendah membawa kepada julat BW yang
lebih tinggi dalam spektrum frekuensi dan akan memberi tanda untuk meningkatkan
kualiti imej telah dibina daripada radar sistem pengimejan UWB. Denyut yang
paling singkat yang dihasilkan oleh NPG yang dicadangkan itu adalah kira-kira 820
ps dengan masa menurun kira-kira 64 ps dan tahap denyut 200 mV (pengakhiran
tunggal). Data denyut yang dinyatakan di atas telah disimulasikan dalam algoritma
pembinaan semula imej (EDAS) untuk mengesan objek hipotetikal dan imej-imej
yang dihasilkan menunjukkan peningkatan kualiti yang ketara berbanding dengan
denyut Gaussian (atau derivatif) dalam tempoh yang sama. Nilai entropi imej telah
dikurangkan daripada 248 ke 51. Simulasi ini mengesahkan kesan konsep trapezoid
denyut (atau derivatif) ke atas resolusi imej. Untuk pengesahan lanjut, eksperimen
sistem pengimejan UWB telah dijalankan dengan tatasusunan lingkaran antena untuk
mengesan dan mencari sasaran yang berbeza yang diperbuat daripada bahan-bahan
yang dipilih. Denyutan NPG yang dicadangkan digunakan, selepas dikuatkan,
kepada sistem ini. Imej yang dibina semula dibandingkan dengan apa yang
diperolehi dari sumber denyut lain seperti VNA dan PPG. Imej-imej yang dihasilkan
daripada NPG yang dicadangkan menunjukkan kualiti yang lebih baik dalam
kebanyakan kes. Berbanding dengan imej VNA, entropi imej berkurangan daripada
63.66 ke 43.23 untuk rod tanah liat dan daripada 143.77 ke 46.5 untuk rod
aluminium. Keputusan memberangsangkan NPG yang dicadangkan diharap boleh
digunakan sebagai sesuatu yang berguna untuk mendapatkan imej resolusi yang
lebih tinggi dan pengesanan ketepatan sasaran yang lebih baik dalam pelbagai
aplikasi industry.
__________________________________________________________________________________
In recent years, the Ultra Wideband (UWB) technology-based systems exhibited
higher performance metrics over narrow band communication systems. The UWB
microwave imaging is an emerging application in the biomedical, object detection,
and ranging fields. The Narrowband Pulse Generator (NPG) is an essential element
of any UWB imaging system and its characteristics partially determine the overall
performance of the system. Numerous NPG designs have been developed for
specific types of applications and most of them designed for CMOS technology
integration. Additionally, they lack the flexibility of user pulse width tuning. In this
research, the main contribution is the design of a low-cost sub-nanosecond NPG with
many features like tunable pulse duration and to generate a pulse shape with ultrafast
rise and fall times that could enhance the quality of UWB microwave images.
The design aims to reduce the NPG cost with the use of off-the-shelf components.
The very low pulse transition times led to higher BW values in the frequency
spectrum and would presage to enhance the quality of images been reconstructed
from UWB radar imaging systems. The shortest pulse provided by the proposed
NPG is about 820 ps with a fall time of about 64 ps and a pulse level of 200 mV
(single-ended). The aforementioned pulse data has been simulated in a locally
developed image reconstruction algorithm (EDAS) to detect hypothetical objects and
the resultant images show significant quality enhancement in comparison to a
Gaussian pulse (or its derivative) with an equivalent duration. Image entropy values
have been reduced from 248 to 51. This simulation validated the concept of
trapezoidal pulse (or its derivative) influence on image resolution. For a further
validation, an experimental UWB imaging system has been configured with a
circular array of antennas to detect and locate different targets made of selected
materials. The proposed NPG pulses have been applied, after amplification, to the
above system. The reconstructed images compared to those obtained from other
pulse sources like the VNA and PPG. The images generated from the proposed NPG
show better quality in most cases. Compared to VNA images, image entropy values
dropped from 63.66 to 43.23 for clay rod, and from 143.77 to 46.50 for an
Aluminum rod. The promising results of the proposed NPG can hopefully be applied
as a useful tool to obtain higher resolution images and better target detection
accuracy in many industrial applications.
Tunable sub-nanosecond ultra wideband narrow pulse generator for microwave imaging_Ali Mahdi Jaafar Zalzala_E3_2016_MYMY