Radar-Sensoren werden immer öfter auch in Autos eingesetzt. Die Fortschritte in der Halbleiterindustrie erlauben nun die weitere Miniaturisierung dieser Sensoren. Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben nun gemeinsam mit dem Fraunhofer IAF und Vega Grieshaber KG im Projekt SATIRE ultra-kompakte Radarsensoren entwickelt. Diese sind modular aufgebaut und für die Anforderungen der Industrie-Sensorik geeignet.
Die Forscher konnten eine bisher unerreichte Auflösung bei Radarsensoren erzielen, bei denen aufgrund der kleinen Wellenlänge auch Antennen auf Chips oder im Chipgehäuse integriert werden können. Die Erschließung des Frequenzbereichs oberhalb von 100 GHz wurde bislang allerdings durch komplexe Aufbau- und Verbindungstechnik erschwert. Lange Zeit stellte diese Tatsache auch eine Limitierung auf dem Weg zu kostengünstigen integrierten Modulen dar.
Durch das Zusammenbringen der Varianten aus dem Projekt „Real100G.RF“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und von Schaltungen des Fraunhofer IAF kann jetzt ein skalierbares Miniatur-Radar-Frontend entwickelt werden. In Zusammenarbeit mit der Firma Vega wird dies auf die industrielle Verwertbarkeit evaluiert.
Das Projekt „Skalierbares THz-Miniaturradar für Industrieanwendungen“ (SATIRE) soll wissenschaftliche Erkenntnisse in die Wirtschaft transferieren. Es ist eines von sechs trilateralen Projekten, die von der DFG und der Fraunhofer-Gesellschaft (FhG) gefördert werden. Im Projekt SATIRE können Unternehmen früh an Innovationen aus der Forschung partizipieren.
KIT-Projekt SATIRE: Miniaturisierung im Blick
Im Rahmen des Projekts SATIRE soll ein skalierbarer, hochintegrierter 300 GHz-Radarsensor mit mehr als 50 GHz Bandbreite entstehen. Dieser würde dann über eine eine Auflösung im Millimeter-Bereich verfügen.
Die Module sind inklusive Linse maximal 10 x 10 x 7 Millimeter groß und können auf einer Steuerplatine zu einem MIMO-System verschaltet oder einzeln eingesetzt werden. Dadurch sind die Module für die Anforderungen der Industrie-Sensorik perfekt geeignet.
„Das Projekt nutzt auch die technologischen Möglichkeiten durch das Forschungslabor Mikroelektronik Deutschland am KIT“, sagt Holger Hanselka, Präsident des KIT. „Als dritte Säule neben Forschung und Lehre steht Innovation am KIT für den anwendungsorientierten Charakter der Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten. Diese Innovationstätigkeit baut erneut eine Brücke zwischen Erkenntnis und Anwendung.“
Sensoren oberhalb 100 GHz: Enormes Ergänzungs-Potenzial
Radarsensoren mit Frequenzen oberhalb von 100 GHz haben ein enormes Potenzial als Ergänzung zu vorhandenen optischen Sensoren – egal ob Kamera oder Lidar. „Sie erlauben zum einen eine gute Auflösung bei gleichzeitig hoher Robustheit, zum Beispiel gegenüber Rauch oder Staub“, erläutert Thomas Zwick, Projektleiter und Leiter des Instituts für Hochfrequenztechnik und Elektronik (IHE) am KIT.
Um eine Auflösung im Millimeterbereich zu erreichen, muss die Schaltung eine Ausgangs-Bandbreite von mindestens 50 GHz mit ausschaltbarem Sender für den TDM-MIMO-Betrieb besitzen („Time Division Multiplex“, Methode zur Signalübertragung). Dazu werden Linsen aus Keramik und aus einem Kunststoff erprobt, 3D-Druck und Spritzgussverarbeitung eingesetzt. Das gesamte Bauteil wird so groß sein wie die Linse, also Abmessungen von maximal 10 Millimeter besitzen.
„Mit unserem Mini-Radar verbessern wir nicht nur die Messleistung, sondern auch die industrielle Fertigbarkeit“, sagt Zwick. Die geringe Größe und die präzise Messung eröffnen dabei neue Einsatzmöglichkeiten. Zudem erlaubt die Architektur mit Vervielfachern und externem Lokaloszillator sowie abschaltbarem Sender das Zusammenschalten mehrerer Radarsensoren auf einer Platine zu einem MIMO-Radar.
So entsteht ein vielseitig einsetzbares Radar-Frontend, das sich skalierbar auf unterschiedliche Systeme anpassen lässt und essenziell für Industrieanwendungen ist.
Das Projekt SATIRE
Die sechs Projekte, bei denen Hochschulen, Fraunhofer-Institute und Unternehmen miteinander kooperieren, werden von der DFG und der Fraunhofer-Gesellschaft drei Jahre lang mit insgesamt rund fünf Millionen Euro gefördert. Bei „Skalierbares THz-Miniaturradar für Industrieanwendungen“ (SATIRE) leiten Thomas Zwick vom KIT, Arnulf Leuther vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik (IAF), und Vega Grieshaber KG das Projekt. (wag)
Karlsruher Institut für Technologie
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76131 Karlsruhe
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