El objetivo principal de esta tesis ha sido el desarrollo de un
sistema de adquisición de imagen en terahercios, de bajo coste, y
enfocado a aplicaciones para la industria alimentaria. Para ello
primero se llevó a cabo un estudio previo de la tecnología existente y
de las posibles formas de obtener un abaratamiento del coste. Se
pensó que utilizando escaneo frecuencial en uno de los ejes se
...
[++]
El objetivo principal de esta tesis ha sido el desarrollo de un
sistema de adquisición de imagen en terahercios, de bajo coste, y
enfocado a aplicaciones para la industria alimentaria. Para ello
primero se llevó a cabo un estudio previo de la tecnología existente y
de las posibles formas de obtener un abaratamiento del coste. Se
pensó que utilizando escaneo frecuencial en uno de los ejes se
podría conseguir reducir el número de pixeles necesarios para la
toma de la imagen, y evitar el uso de sistemas de espejos móviles
que incrementan la complejidad y encarecen el sistema. Una vez
que partíamos ya con esta idea, estudiamos los fundamentos
básicos de las antenas “Leaky-Wave” y Phased Array para conocer
sus propiedades y los principios que producen el escaneo con la
frecuencia. Finalmente decidimos conseguir el escaneo con la
frecuencia mediante un phased array que utiliza una red de
alimentación con caminos de propagación de diferente longitud
eléctrica con los que conseguimos que nuestra agrupación de
antenas se alimente con fases diferentes en cada elemento unitario,
en función de la frecuencia. Se han utilizado espejos para conseguir
conformar el haz y mejorar la resolución, pero siempre empleando
elementos comerciales, de forma que el coste no se viera
incrementado en exceso. Se desarrolló un primer prototipo que
trabajaba en la banda F y con la ayuda de un reflector parabólico
offset de los usados para captar TV por satélite conseguimos
obtener las primeras imágenes con las que éramos capaces de
reconocer algunas formas sencillas. También se desarrolló un segundo prototipo en el que se mejoraron varios aspectos como los
lóbulos laterales que en el primer sistema nos degradaban la
imagen, por medio de técnicas de enventanado y técnicas de postprocesado
para mejorar la calidad de las imágenes registradas.
Finalmente, se ha integrado la antena prototipo desarrollada, en una
simulación de una cadena de alimentación utilizando un espejo
comercial, consiguiendo la adquisición de imagen en tiempo real.
Como prueba de concepto para analizar la viabilidad de utilizar
esta técnica a frecuencias más altas, también se ha diseñado y
simulado un prototipo de red de alimentación a 450 GHz para su
fabricación mediante micromecanizado en silicio por DRIE (Deep
Reactive Ion Etching) y posterior metalización, con la idea de futuros
desarrollos a alta frecuencia. [--]
This thesis main objective has been the development of a low cost
image acquisition system in terahertz frequencies, focused in food
industry applications. In order to do that, first a state-of-the-art
analysis of the current technology was made, and the possible
approaches to obtain a cost reduction were explored. Frequencial
scanning in one of the axis arose as an option to reduce the numb ...
[++]
This thesis main objective has been the development of a low cost
image acquisition system in terahertz frequencies, focused in food
industry applications. In order to do that, first a state-of-the-art
analysis of the current technology was made, and the possible
approaches to obtain a cost reduction were explored. Frequencial
scanning in one of the axis arose as an option to reduce the number
of pixels required to obtain the image, avoiding the use of mobile
mirror systems which increase the complexity and the cost of the
system. Once that this approach was chosen, the basic fundamentals
of Leaky-Wave and Phased Array antennas were studied to learn
about their properties and the principles necessaries to produce the
frequency scanning. Finally, a phased array based on a feeding
network with incremental electrical path length differences was
chosen to obtain frequency scanning. These electrical path length
differences generate different phase values on the elements of the
output array, depending on the frequency of operation. Reflectors
have been used to manipulate the beam and enhance the resolution
of the system, but always using commercially available components
to avoid major cost increments. A first prototype working in F band
and using a commercial offset TV reflector was capable of acquiring
the first images were simple geometries could be recognized. A
second prototype was developed, including the enhancement of
several aspects that were limiting the image acquisition capabilities
of the first prototype, like sidelobe level reduction using windowing
techniques and post processing techniques to improve the image recognition. Finally, the developed prototype antenna was
integrated, together with a commercially available mirror, into a
conveyor belt simulating a food industry production chain, obtaining
real-time image acquisition.
As a proof of concept to analyze the feasibility of using this
approach at higher frequencies, a feeding network prototype at 450
GHz has also been designed and simulated, to be fabricated by
silicon micromachining using a DRIE (Deep Reactive Ion Etching)
process followed by metallization, as a possible high frequency
future research line. [--]
