國(guó)際社會(huì)地緣政治格局的變化和全球恐怖主義威脅的加劇使得個(gè)人安全方面的需求激增，從一組數(shù)據(jù)便可看出。根據(jù) Global Industry Analyst, Inc.發(fā)布的報(bào)告，全身掃描儀市場(chǎng)預(yù)計(jì)到2021年將增長(zhǎng)到17億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為41.5%。根據(jù)MarketsandMarkets的另一份報(bào)告，到2021年，單單機(jī)場(chǎng)人體掃描市場(chǎng)的價(jià)值預(yù)計(jì)就將達(dá)到1.18億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率為8.4%。這還未考慮非機(jī)場(chǎng)和商業(yè)市場(chǎng)的巨大增長(zhǎng)機(jī)會(huì)。

　　從磁石門(mén)到毫米波，人體掃描儀發(fā)展歷程

　　其實(shí)早在2000多年前安防便引起了人們的重視，秦始皇時(shí)期出現(xiàn)“磁石門(mén)”專(zhuān)供“四夷朝者”通行，利用磁石和金屬的特性防止有外國(guó)人在朝貢時(shí)暗中攜帶兵器。這個(gè)方法被沿用至今，于是金屬探測(cè)儀問(wèn)世。后來(lái)隨著時(shí)間的推移，人們發(fā)現(xiàn)僅僅是探測(cè)金屬并不能保證安全。2002年，一架客機(jī)在大連海域失事，全機(jī)人員無(wú)一幸免，起因是有人攜帶了易燃液體！此后，X射線(xiàn)技術(shù)出現(xiàn)在了人們的視野。X射線(xiàn)掃描儀的速度很快，可以穿透活體，提供人體和隱藏物體的超高分辨率圖像，并且有機(jī)物無(wú)機(jī)物混合物都會(huì)以不同的顏色顯示。不過(guò)其弊端也很明顯，由于其固有的穿透特性，被掃描的人員會(huì)受到高強(qiáng)度輻射并且會(huì)侵犯隱私，至此惹了眾怒。隨后X射線(xiàn)后向散射解決方案登上舞臺(tái)，從健康的角度來(lái)講好了很多，它并不會(huì)穿透目標(biāo)，僅從目標(biāo)表面進(jìn)行反射。但是X光帶來(lái)的陰影過(guò)于濃重，導(dǎo)致人們依舊對(duì)其感到擔(dān)憂(yōu)。不過(guò)沒(méi)有更好的選擇，后向散射技術(shù)被全球多地采用。

　　時(shí)至今日，隨著射頻、微波和毫米波技術(shù)的進(jìn)步，掃描設(shè)備公司成功采用這項(xiàng)技術(shù)研制出了速度快、分辨率高，不侵犯隱私且不帶任何輻射的新一代人體掃描儀——毫米波人體掃描儀，其工作頻率一般在10GHz到40GHz之間，有時(shí)還高達(dá)60GHz到80GHz。相比之前的掃描儀，它的價(jià)格越來(lái)越低，體積也越來(lái)越小巧，掃描時(shí)間夠快，不會(huì)造成擁堵。逐漸，毫米波掃描成為當(dāng)今和未來(lái)人體掃描儀的首選技術(shù)已是大勢(shì)所趨。對(duì)此，作為業(yè)界領(lǐng)先的解決方案提供商ADI提前規(guī)劃布局，為毫米波人體掃描儀提供從比特到天線(xiàn)和從天線(xiàn)到比特的完整信號(hào)鏈解決方案。

　　克服傳統(tǒng)“弊病”， 簡(jiǎn)化方案更勝一籌

　　目前市面上大多數(shù)掃描儀都在寬頻率范圍內(nèi)工作，為了使其具有更高的圖像分辨率和更快的性能，同時(shí)對(duì)功能進(jìn)行改進(jìn)，它們需要一個(gè)能夠在整個(gè)頻率范圍內(nèi)進(jìn)行濾波的濾波器。但是單個(gè)寬帶濾波器很難構(gòu)建，或者實(shí)施起來(lái)成本很高。因此，制造商考慮使用一個(gè)濾波器組，通過(guò)開(kāi)關(guān)將多個(gè)窄帶濾波器組合起來(lái)，多個(gè)開(kāi)關(guān)組成開(kāi)關(guān)矩陣接收發(fā)射信號(hào)并將其分布到多個(gè)發(fā)射天線(xiàn)元件中。

　　傳統(tǒng)上，這種開(kāi)關(guān)矩陣是通過(guò)在SPDT配置中使用PIN二極管和GaAs開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)的，特別是在高達(dá)40GHz的高頻下。對(duì)于PIN二極管，每個(gè)開(kāi)關(guān)都需要大量的外部元件來(lái)控制高偏置電壓和電流。同樣地，采用GaAs對(duì)應(yīng)元件的設(shè)計(jì)需要采用多個(gè)開(kāi)關(guān)，以便為高通道數(shù)構(gòu)建開(kāi)關(guān)樹(shù)。隨著通道數(shù)量增加，這些電路會(huì)變得更加復(fù)雜。

　　對(duì)此，ADI采用40 GHz SP4T SOI（絕緣體上的硅）開(kāi)關(guān)ADRF5046簡(jiǎn)化了這種設(shè)計(jì)，ADRF5046 是一款利用硅工藝制造的反射式單刀四擲 (SP4T) 開(kāi)關(guān)，其工作頻率范圍為 100 MHz 至 44 GHz，具有低于 3.0 dB 的插入損耗和高于 31 dB 隔離性能。無(wú)論是直通路徑還是熱切換，并且具有 27 dBm 的射頻 (RF) 輸入功率處理能力。 借助SP4T，設(shè)計(jì)師可以最多使用四個(gè)開(kāi)關(guān)位置，而不是每個(gè)開(kāi)關(guān)支持兩個(gè)開(kāi)關(guān)位置。

　　舉個(gè)栗子，對(duì)于一個(gè)簡(jiǎn)單的12通道系統(tǒng)，3個(gè)SP4T開(kāi)關(guān)可以替代多達(dá)7個(gè)SPDT開(kāi)關(guān)。對(duì)于具備更高通道數(shù)的系統(tǒng)，隨著系統(tǒng)復(fù)雜性呈指數(shù)增長(zhǎng)，SP4T SOI開(kāi)關(guān)的優(yōu)勢(shì)更加明顯。除了減少開(kāi)關(guān)IC的數(shù)量，減少外部元件的數(shù)量 和降低偏置功率同樣重要。由于ADRF5046的設(shè)計(jì)采用SOI工藝，所以可以在低電源電壓下，以可忽略的偏置電流運(yùn)行，且無(wú)需任何外部元件，即可接入標(biāo)準(zhǔn)CMOS控制信號(hào)。

　　老式PIN二極管與新的SOI開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)方式之間的差異。

　　不僅是發(fā)射端的開(kāi)關(guān)矩陣，在接收端ADI也推出了新的解決方案，其中使用SOI工藝的ADRF5730用于實(shí)施增益調(diào)節(jié)，這是一款6 位數(shù)字衰減器，以 0.5 dB 步長(zhǎng)提供 31.5 dB 的衰減控制范圍。以滿(mǎn)足快速開(kāi)關(guān)建立要求，讓接收到的信號(hào)隨后經(jīng)過(guò)下變頻和進(jìn)一步的放大級(jí)。以及無(wú)源寬帶I/Q MMIC混頻器HMC8192，集成商只需一步即可將高達(dá)42GHz的頻率下變頻至低中頻或基帶。這個(gè)混頻器的本振驅(qū)動(dòng)和發(fā)射級(jí)使用相同頻率源模塊。然后，寬帶I/Q混頻器的IF被饋送到單端轉(zhuǎn)差分放大器，隨后與高速ADC進(jìn)行連接。這種高速ADC將信號(hào)數(shù)字化，并為運(yùn)行多種軟件算法來(lái)檢測(cè)圖像的計(jì)算機(jī)提供數(shù)字輸入。然而在傳統(tǒng)上，系統(tǒng)集成商大多采用超外差結(jié)構(gòu)將高頻信號(hào)分多個(gè)階段下變頻至中頻。

　　本文總結(jié)：

　　不難看出，要為毫米波人體掃描儀提供從比特到天線(xiàn)和從天線(xiàn)到比特的完整信號(hào)鏈解決方案需要具備必要的產(chǎn)品系列、經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)支持，而ADI提供的解決方案讓制造商無(wú)需單獨(dú)選擇、評(píng)估每個(gè)器件，并為它們議價(jià)，從而能夠節(jié)省大量的時(shí)間、金錢(qián)和精力。借助ADI廣泛的射頻、微波和毫米波器件產(chǎn)品系列，集成商一定可以找到滿(mǎn)足其性能和價(jià)格預(yù)期的合適器件。不僅如此，以ADI公司為代表的半導(dǎo)體公司正在為實(shí)現(xiàn)下一代毫米波全身掃描儀全力以赴，與系統(tǒng)集成商精誠(chéng)合作，旨在共同開(kāi)發(fā)更準(zhǔn)確、快速且更具商業(yè)可行性的全身掃描系統(tǒng)，構(gòu)建一個(gè)全新生態(tài)系統(tǒng)。