Contribution to imaging focusing techniques using synthetic aperture radars in millimeter and sub-millimeter bands

Resumo

Resumen de la tesis: Las frecuencias de ondas milimétricas (mmW) y terahercios ofrecen características únicas para obtener simultáneamente una buena resolución espacial y penetrabilidad. Los radares de onda continua de frecuencia modulada (FMCW) forman parte de los nuevos dispositivos de detección instalados en vehículos para explorar el entorno. La próxima generación de vehículos conectados y autónomos estará equipada con un elevado número de antenas que operan en una amplia gama de frecuencias para las comunicaciones y la detección del entorno ambiental. El estudio de las respuestas angulares espaciales en 3D y los patrones de radiación modificados por la estructura del vehículo permitirá una mejor integración de las antenas de comunicación y detección asociadas. El algoritmo de imagen multifrecuencia bifocalizada (MFBF) en la banda W utilizando el radar FMCW tiene una aplicabilidad directa en la mejora de la detección de armas ocultas, como sensores de proximidad para evitar colisiones y la localización de peatones en vehículos. Esta tesis doctoral evalúa la viabilidad de utilizar la señal de frecuencia intermedia (FI) proporcionada por un radar FMCW homodino que opera en 77 GHz como entrada al algoritmo monostático-bistático MFBF de mmW desde un punto de vista teórico y mediante simulación. Los resultados del algoritmo MFBF utilizando el radar FMCW se comparan con los obtenidos utilizando FSCW, equivalente al parámetro S21 obtenido a partir de un analizador vectorial de redes (VNA). Adicionalmente, también se ha investigado la capacidad de este sistema de radar utilizando el algoritmo de “imaging” MFBF para obtener imágenes desde un punto de vista analítico y experimental. Se realizaron dos conjuntos de mediciones, utilizando objetivos de referencia, en la banda W a 100 GHz y en la banda de terahercios a 300 GHz. Finalmente, esta tesis ha estudiado de forma teórica, mediante simulación electromagnética y experimental, el método de obtención de corrientes producidas por una antena que irradia sobre una plataforma vehicular utilizando imágenes diferenciales (“differential imaging”). La parte de simulación y experimental del estudio se centra en la medición de un objetivo a escala utilizando un sistema de imágenes que opera en una banda de terahercios -de 220 a 330 GHz- que coincide con una de las bandas de frecuencias de 5G. Se concluye que es viable la utilización de las señales FI proporcionadas por un radar FMCW homodino como entrada para el algoritmo monostático-biestático MFBF. Además, se ha demostrado la robustez del sistema “ultrawideband” (UWB) de ondas milimétricas y terahercios monostático de campo cercano en el dominio de la frecuencia, a 100 GHz y 300 GHz, utilizando el algoritmo de imaging. Finalmente, mediante el sistema UWB, se han demostrado las prestaciones del concepto de “differential imaging” para estimar las corrientes superficiales generadas por una antena sobre un vehículo.