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革命性雷达:集成太赫兹发射器,用于旋转目标的精确探测
发布时间:2023-12-01 10:16:54 阅读:384

来源:SPIE;电子科技大学太赫兹科学技术研究中心 曾景明 编译

用于旋转目标探测的集成太赫兹涡旋光束发射器。图片来源:上海理工大学 谢静雅

    你可能没有注意过多普勒效应,但它其实在我们的生活中无处不在,从用雷达跟踪汽车的速度到定位天空中的卫星。这一切都与一个源(比如雷达信号)和一个探测器相对运动时波是如何改变频率的这个问题相关。然而,在试图探测与雷达信号成直角移动的物体时,传统的雷达系统遇到了障碍。这一限制促使研究人员探索一种全新的方法。

    想象一下,一个雷达系统不仅依赖于线性波,还使用具有轨道角动量(OAM)的螺旋电磁波。这些特殊的“漩涡”波具有螺旋扭动,当它们遇到旋转的物体时,会产生标志性的旋转多普勒效应。

    据《先进光子学》报道,为了提高对这些旋转多普勒效应的识别和检测,上海理工大学(USST)的研究人员通过利用太赫兹(THz)波开发了一种集成的太赫兹涡旋光束发射器。

    据该文章的通讯作者上海理工大学朱亦鸣教授称:“据我们所知,这项研究首次展示了专门为探测旋转目标而设计的集成太赫兹涡旋光束发射器。”

    太赫兹波特别适用于高分辨率雷达成像。就频率而言,它们位于微波和红外波之间,具有穿透各种材料的独特能力,同时具有最小的损坏风险。然而,尽管太赫兹波显示出巨大的前景,但它们也面临着一系列挑战,如低效率和不稳定的问题。

转速测量结果(a) OAM模式+1和(b) OAM模式-1。转速范围为251 ~ 628 rad/s。红点为实测数据,蓝实线为理论值。注:δ为绝对误差。图片来源:上海理工大学 谢静雅

    定位转速

    为了研究实用且可调谐的太赫兹涡旋发射器的可能性以及相应的探测方案,研究小组开发了一种将集成太赫兹发射器和带正电荷和负电荷的涡旋光束结合在一起的新方法。通过控制这些涡旋光束的频率,他们可以产生雷达信号,精确测量旋转物体的速度。这一突破提供了一种精确定位物体转速的方法,最大误差仅为2%左右。

    他们的设计包括在射束腔中操纵频率以获得不同的共振,从而能够产生具有±1拓扑电荷的涡旋光束。这些涡旋光束随后照亮旋转的物体,由此产生的光波回波可以被线性极化天线直接接收。通过对频谱内旋转多普勒效应的有效识别和检测,可以准确量化物体的转速。

    据报道,该团队还克服了与极化相关的棘手问题,使该雷达系统非常适合探测太赫兹频率范围内的旋转。

    这种创新的雷达技术为广泛的应用开辟了令人兴奋的可能性。它不仅具有增强雷达目标探测的潜力,而且还可以为战术军事防御引入新的对抗系统。此外,它具有成本效益和可扩展性,这意味着我们可能会比我们想象的更快地看到这项尖端技术的部署。

 
 

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