Sistem pencitraan gelombang milimeter (mmWave) menjadi semakin populer dalam pemeriksaan keamanan gedung-gedung publik, tempat olahraga, dan bandara. Sistem ini mampu mendeteksi bahan berbahaya logam dan non-logam dan melaporkan lokasinya dalam area pemindaian, sehingga membantu profesional keamanan menemukan dan mengidentifikasi barang mencurigakan dengan lebih cepat. Artikel ini akan mengeksplorasi prinsip dasar pencitraan gelombang milimeter, menjelaskan bagaimana komponen dalam solusi gelombang milimeter yang dirancang oleh Analog Devices, Inc. (ADI) bekerja sama, dan fokus pada peran kunci teknologi pemrosesan tepi dalam peningkatan berulang sistem.
Pengantar Gelombang Milimeter
Dalam sistem gelombang milimeter, susunan pemancar dan penerima dihubungkan ke susunan antena yang didistribusikan secara spasial. Pada titik waktu tertentu, satu antena dalam susunan memancarkan sinyal frekuensi radio omnidirection (RF) frekuensi tunggal berdaya rendah, yang dipantulkan oleh objek target (Gambar 1). Sinyal hamburan balik yang dihasilkan oleh pantulan ini akan diterima oleh semua antena dalam larik, dan sirkuit terpadu (IC) yang menghubungkan antena memperoleh informasi dengan mengukur fase dan amplitudo sinyal hamburan balik tersebut.
Diagram skema sistem gelombang milimeter untuk antena pemancar secara berurutan
Gambar 1: Dalam sistem gelombang milimeter, antena pemancar secara berurutan menyiarkan sinyal berdaya rendah, frekuensi tunggal, dan segala arah. Kemudian, antena penerima mengukur hamburan balik. (Sumber gambar: Analog Devices, Inc.)
Setiap antena pemancar akan mengirimkan sinyal yang sama secara berurutan, dan proses pengukuran ini akan diulangi untuk setiap transmisi. Dengan mengulangi seluruh proses pada beberapa frekuensi dalam rentang 10 GHz hingga 40 GHz, sistem dapat menangkap perbedaan kedalaman penetrasi dan pantulan sinyal yang disebabkan oleh variasi frekuensi sinyal RF yang berbeda. Resolusi sistem bergantung pada jumlah saluran transmisi dan penerimaan: misalnya, pemindai bandara memiliki banyak saluran untuk memenuhi resolusi tinggi yang diperlukan untuk mendeteksi objek kecil seperti pisau cukur; Untuk skenario di mana senjata dan bahan peledak menjadi target pemantauan utama, penggunaan saluran yang lebih sedikit dapat mengurangi biaya dan mempersingkat waktu pemindaian.
Prosesor menggabungkan informasi hamburan balik ke dalam matriks vektor. Ketika vektor-vektor ini dikaitkan dengan frekuensi dan posisi spasial, susunan multidimensi yang dihasilkan dapat menghasilkan gambar yang tidak hanya mengenali objek logam, namun juga mendeteksi objek non-logam yang tersembunyi di antara dan di bawah lapisan pakaian.
Kecepatan pemindaian bergantung pada kecepatan sistem memproses data hamburan balik, beralih dari pemancar ke pemancar, dan secara siklis memindai frekuensi yang diperlukan. Misalnya, sistem dengan 500 komponen yang mencakup rentang 10 GHz hingga 40 GHz dengan kelipatan 50 MHz harus menjalani 300.000 sakelar. Sistem gelombang milimeter yang digunakan saat ini, dengan kemampuan peralihannya yang cepat, hanya mengharuskan orang yang dipindai untuk mempertahankan postur selama beberapa detik untuk menghasilkan gambar yang efektif. Ketika kecepatan peralihan menjadi lebih cepat, di masa depan, sistem gelombang milimeter bahkan dapat mengenali objek yang mengancam ketika subjek melewati detektor dengan berjalan kaki tanpa henti.
Membangun sistem gelombang milimeter
Untuk mendeteksi potensi ancaman, mencapai resolusi yang diperlukan, dan memfasilitasi pemindaian cepat, perancang sistem gelombang milimeter harus memilih perangkat keras yang dapat bekerja sama. Solusi sistem gelombang milimeter terintegrasi ADI mencakup synthesizer broadband gelombang mikro ADF4368, beberapa IC pemancar ADAR2001, beberapa IC penerima ADAR2004, dan konverter analog-ke-digital (ADC) AD9083. Masing-masing perangkat akan dibahas secara berurutan di bawah ini (Gambar 2).
Integrator gambar sistem gelombang milimeter, pemancar, penerima, dan ADC terintegrasi (klik untuk memperbesar)
Gambar 2: Sistem gelombang milimeter lengkap menggabungkan synthesizer, pemancar, penerima, dan ADC dengan manajemen daya, sakelar, dan komponen logika. (Sumber gambar: Analog Devices, Inc.)
Rantai sinyal dimulai dari synthesizer loop terkunci fase broadband gelombang mikro (PLL) ADF4368 dengan osilator terkontrol tegangan (VCO) terintegrasi (Gambar 3). ADF4368 dapat menghasilkan langkah frekuensi dalam rentang 2,5 GHz hingga 10 GHz, dengan interval langkah 12,5 MHz, sepenuhnya dalam pita frekuensi operasinya dari 800 MHz hingga 12,8 GHz. Jitter sinyal RF ujung tunggal gelombang kontinu (CW) kurang dari 30 fsecRMS.
Gambar Perangkat Analog ADF4368 Microwave Broadband Synthesizer
Gambar 3: Synthesizer broadband gelombang mikro ADF4368 dengan VCO terintegrasi dapat memberikan output RF CW jitter rendah dalam rentang frekuensi 2,5-GHz hingga 10-GHz. (Sumber gambar: Analog Devices, Inc.)
Kekuatan sinyal keluaran ADF4368 adalah 9 dBm (7,94 mW). Karena daya yang lebih rendah yang dibutuhkan oleh IC pemancar, keluaran ADF4368 dapat dibagi menjadi tujuh saluran, yang dapat menggerakkan hingga 128 IC pemancar 4 saluran atau 512 saluran.
IC pemancar ADAR2001 (Gambar 4) menerima masukan dari ADF4368 dan kemudian mengalikan, menyaring, melemahkan, membagi, dan memperkuat sinyal untuk menyediakan empat saluran keluaran antena dengan frekuensi antara 10 GHz dan 40 GHz untuk setiap IC.