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3-2020

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

THz-Technik

THz-Technik Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft Der Markt für Millimeterwellen-Körper- Scanner Bild 1: Typischer Millimeterwellen-Körper-Scanner Ganzkörper-Scanner haben auf der ganzen Welt große Bedeutung für die Sicherheit und Bedrohungserkennung erlangt. Analog Devices www.analog.com Im Zuge des Fortschritts im Bereich der Hochfrequenz-, Mikrowellen- und Millimeterwellen-Technik sind Ganzkörper-Scanner auf der Basis dieser Techniken populär geworden. Welche Akzeptanz eine Ganzkörper-Scanner-Lösung findet, hängt in hohem Maße von ihrer Leistungsfähigkeit, ihrem Design und ihrer Marktfähigkeit ab. Dieser Artikel beschreibt, wie die Systemintegratoren von Ganzkörper-Scannern durch die richtigen technischen Entscheidungen und die Wahl der passenden Partner kommerziell tragbare Lösungen für diesen rasch expandierenden Markt anbieten können. Einführung Wir leben heute in einer Welt, die sich gegenüber dem Stand vor einigen Jahrzehnten grundlegend geändert hat. Die sich wandelnde geopolitische Landschaft der Weltgemeinschaft und das gestiegene Terrorismusrisiko auf der ganzen Welt haben den Bedarf an persönlicher Sicherheit gesteigert. Die Forderung nach Sicherheit beschränkt sich also nicht mehr ausschließlich auf kritische Infrastrukturen, sondern ist umfassender geworden. Regierungen, Sicherheitsbehörden und Unternehmen auf der ganzen Welt, denen diese neue Realität zunehmend bewusst wird, setzen auf technische Lösungen, um diesen neuen Herausforderungen im Bereich der Sicherheit zu begegnen. Ganzkörper-Scanner gehören zu den häufig eingesetzten Sicherheits-Tools, mit denen diese Herausforderungen bewältigt und potenzielle Bedrohungen abgewehrt werden können. Sie werden verbreitet genutzt und kommen an Flughäfen und Bahnhöfen, aber auch in staatlichen Gebäuden zum Einsatz. Mit diesen Anlagen werden Personen, die ein Gebäude betreten oder verlassen wollen, nach verborgenen Waffen, Sprengstoff oder anderen verbotenen Gegenständen abgesucht. Während Körperscanner nahezu unerlässlich sind, haben sie doch eine Reihe echter Nachteile. So benötigen die meisten heutigen Körper-Scanner recht viel Zeit zum Scannen einer Person, sodass sich zwangsläufig Warteschlangen bilden. Viele Geräte besitzen zudem nur eine unzureichende Auflösung zum Aufspüren moderner Bedrohungen, oder sie sind zu umständlich für die alltäglichen Arbeitsabläufe. Erfüllen sie die gerade genannten Erwartungen, erweisen sie sich oftmals als zu teuer für den kommerziellen Masseneinsatz. Dank der Fortschritte in der HF-, Mikrowellen- und Millimeterwellen-Technik wandelt sich die gerade beschriebene Situation jedoch. Inzwischen sind neue Halbleiterlösungen verfügbar, sodass Unternehmen die nächste Generation von Körper-Scanner-Lösungen realisieren können, die die Grenze des technisch Möglichen definieren. Zu den Themen dieses Artikels gehören neben der Entwicklung der Körper-Scanner-Technik und auch Lösungen, die es heute für die Entwicklung von Körper- Scannern der nächsten Generation gibt. Die Geschichte der Körper-Scanner- Lösungen Lange vor Einführung der automatischen Körperscanner-Systeme wurden Personen hauptsächlich manuell durchsucht. Man kann sich vorstellen, dass dies sehr zeitaufwändig war, einen Eingriff in die Intimsphäre darstellte und auch nicht unbedingt die exakteste Methode zum Aufspüren etwaiger Bedrohungen war. Als die Bedrohungen an Raffinesse gewannen und sich die Technik weiterentwickelte, ersetzte man die manuelle Durchsuchung durch Metalldetektoren. Diese automatisierten den Prozess und ermöglichten es den zu durchsuchenden Personen, die Sicherheitsschleusen zu passieren, ohne anzuhalten. Nur wenn ein metallisches Objekt erkannt wurde, winkte man die betreffende Person heraus und unterzog sie einer manuellen Durchsuchung. Diese Vorgehensweise basierte auf der Annahme, dass wenn schon nicht alle, so doch die meisten Bedrohungen aus Metall bestanden. Seinerzeit bewährten sich diese Annahme und die erwartete Auflösung der Metalldetektoren durchaus gut. Außerdem ergänzte man die stationären Metalldetektoren durch tragbare Handgeräte, mit denen das Sicherheitspersonal eine Person genauer abscannen konnte, ohne sie dabei zu berühren. 46 hf-praxis 3/2020

THz-Technik Bild 2: Entwicklung der Körper-Scanner-Technik zur Bedrohungserkennung Als die verborgenen Objekte mit der Zeit aber immer diskreter wurden, reichten die traditionellen Metalldetektoren nicht mehr aus. Seit der Einführung von Techniken wie dem 3D-Druck ließen sich Waffen schließlich auch aus nichtmetallischen Werkstoffen herstellen, sodass Metalldetektoren nicht mehr die beste Erkennungsmethode darstellten. Die Behörden benötigten stattdessen präzisere Arten von Scannern. Zu dieser Zeit wurde die Röntgentechnik zur bevorzugten Wahl, denn Röntgen-Scanner sind schnell und können lebende Körper durchdringen, sodass sich extrem hochauflösende Bilder des Körpers und etwaiger verborgener Objekte erstellen lassen. Nachteilig an dieser Technik ist dagegen die Tatsache, dass die gescannte Person einer hohen Strahlendosis ausgesetzt wird, was in der Öffentlichkeit erhebliche Bedenken hinsichtlich der Gesundheit und des Schutzes der Intimsphäre hervorrief. Immerhin machen Röntgenstrahlen mit ihren Durchdringungs-Eigenschaften eine Menge Informationen sichtbar, die die meisten Menschen nicht gerne preisgeben. Dies verursachte teils große Empörung. Die ersten Versionen dieser Geräte machten es notwendig, dass die für die Untersuchung verantwortliche Person das Bild manuell nach verborgenen Objekten absuchte, wodurch der unzureichende Schutz der Privatsphäre zu einem klaren Minuspunkt dieser Technik wurde. Da diese Anlagen ferner mit aktiver Strahlung arbeiten, hegen viele Menschen – ungeachtet der gegenteiligen Beteuerungen der Gerätehersteller – Bedenken wegen möglicher Langzeitfolgen für ihre Gesundheit. Die Röntgenanlagen wurden deshalb modifiziert und arbeiten jetzt mit dem Rückstreuverfahren, bei dem die Strahlen das Ziel nicht durchdringen, sondern von seiner Oberfläche reflektiert werden. Aus gesundheitlicher Sicht sind sie vergleichsweise besser, auch wenn die Menschen bei dieser Technik nach wie vor Bedenken in Sachen Gesundheit und Intimsphäre hegen. Die Rückstreu-Technik kommt heutzutage an vielen Orten auf der Welt zum Einsatz. Zwischenzeitlich entwickelten sich die HF-, Mikrowellen- und Millimeterwellen-Techniken weiter. Die Hersteller nutzen diese Techniken mittlerweile zur Entwicklung von Scannern, die schnell sind, hochauflösende Scans liefern, ohne übermäßig in die Privatsphäre einzugreifen und ohne Strahlung arbeiten. Diese Scanner nutzen in der Regel Frequenzen zwischen 10 GHz und 40 GHz, gelegentlich auch von 60 GHz oder gar 80 GHz. Die zunehmende Verbreitung der HF- und Mikrowellentechnik sorgt überdies dafür, dass diese Scanner billiger und kompakter werden, was eine umfangreiche kommerzielle Nutzung auf den verschiedensten Märkten erlaubt. Ganz allgemein sind diese Scanner sicher und zuverlässig und schützen die Privatsphäre besser als frühere Optionen. Die Millimeterwellen-Scanner-Technik entwickelt sich somit nach und nach zur bevorzugten Wahl für die Körperscanner der Gegenwart und der Zukunft. Der Markt für Millimeterwellen- Körper-Scanner Die Technik der Millimeterwellen-Körper-Scanner stellt eine umfangreiche Marktchance dar, die sich nicht allein auf die Sicherheit und Bedrohungserkennung beschränkt, sondern auch andere kommerzielle Anwendungen einschließt. Einem Report von Global Industry Analyst, Inc. aus dem Jahr 2015 ist zu entnehmen, dass dem Markt für Ganzkörper-Scanner bis zum Jahr 2021 ein Wachstum auf 1,7 Mrd. US-Dollar prognostiziert wird, was einer durchschnittlichen jährlichen Zuwachsrate von 41,5 % entspricht. Gemäß einem weiteren Report von MarketsandMarkets erwartet man auf dem Markt für Körperscanner an Flughäfen ein durchschnittliches Jahreswachstum von 8,4 % auf 118 Mio. US- Dollar im Jahr 2021. Dabei sind die enormen Wachstumschancen für Anwendungen außerhalb von Flughäfen und im kommerziellen Bereich noch nicht einmal berücksichtigt. Die Verwendung der Millimeterwellen-Technik hat Parallelen in Branchen wie dem kommerziellen Sektor, wo man kostengünstige Körperscanner für Security-Aufgaben in Einkaufszentren, Konzerthallen und Stadien nutzt. Im Consumer-Bereich kann die Technik außerdem genutzt werden, um die traditionellen Umkleidekabinen durch moderne Scanner- und Anprobesysteme zu ersetzen. Sogar im Gesundheitswesen überlegt man, die Millimeterwellen-Technik für bestimmte Behandlungen zu verwenden, anstatt auf ältere, mit aktiver Strahlung arbeitende Ganzkörper-Scannermethoden zu setzen. Angesichts des weltweiten Trends weg von der Röntgen-, Rückstreu- und Metalldetektor- Technik und hin zu Millimeterwellen-Körperscannern bietet der Markt enorme Chancen. Zur Wahrung ihres Marktanteils müssen die Branchenführer auf diesem Gebiet nicht nur Körperscanner bauen, sondern diese Geräte auch durch höhere Auflösung und Geschwindigkeit weiter aufwerten und zusätzlich verbesserte Features wie etwa Walk-through-Scans bieten, bei denen die untersuchte Person nicht stehenbleiben muss. Insgesamt sind die Aussichten für die Millimeterwellen-Technik in Ganzkörpersystemen für den staatlichen Bereich, für kommerzielle Anwendungen und auf dem Consumer-Sektor wirklich vielversprechend. Wir erleben ja bereits, dass mehrere Start-up- Unternehmen die Mikrowellenund Millimeterwellen-Lösungen zur Entwicklung der nächsten Generation von Körper-Scannern einsetzen. Millimeterwellen- Körper-Scanner: technische Umsetzung Wie man in Bild 3 erkennt, gliedert sich ein Millimeterwellen-Körperscanner grob in die Antennen-Elemente, den HF- Teil (HF-, Mikrowellen- und Millimeterwellen-Technik sollen hier aus Gründen der Einfachheit gemeinsam als HF- Technik bezeichnet werden), einen Mixed-Signal-Teil und einen digitalen Teil. Die Antennenelemente bestehen aus einer mechanischen Konstruktion mit kleinen Strukturen zum Senden und Empfangen. Der HF-Teil hinter diesen Elementen umfasst die gesamte, hochleistungsfähige Halbleiter-Hardware (Chipsätze), die das Sendesignal zu den Antennenelementen bringen und die reflektierten Signale von den Antennen entgegennehmen. Das Design des HF-Teils ist von hf-praxis 3/2020 47

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