Compacte radarsensor op 300 GHz

Nu radars op 80 GHz volop ingang vinden in industriële toepassingen staat een volgende generatie eraan te komen waarbij gefocust wordt op 300 GHz. Dat leidt niet alleen tot nauwkeurigere metingen maar ook tot een verdere miniaturisatie die de creatie van matrices met meerdere meetpunten mogelijk maakt.

De nieuwe radarsensoren worden ontwikkeld in het Duitse onderzoeksproject SATIRE, wat met enige goede wil staat voor “Skalierbares THz-Miniaturradar für Industrieanwendunge”. Onderzoeksinstellingen in het project zijn het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) en het Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics (IAF). Industriële partner is Vega, dat eerder al een van de trendsetters was bij de introductie van 80 GHz radars voor niveaumeting.

Die 80 GHz sensoren zijn momenteel erg populair omdat ze zeer nauwkeurig zijn. Voor niveaumeting in de procesindustrie hebben ze het bijkomende voordeel dat de stralen meer gebundeld blijven dan bij radars op lagere frequenties, wat maakt dat de meting minder last heeft van valse reflecties op tankwanden, roerwerken en andere mogelijke obstakels. De radargolven hebben ook minder last van rook, stof of dampen.

Resolutie van 1 mm

Bij hogere frequenties worden de golflengtes van de radarsignalen steeds korter waardoor antennes steeds kleiner worden. Dat biedt opportuniteiten voor kostenbesparing omdat de antennes ingebed kunnen worden in de chips of boards die de rest van de elektronica van de sensoren bevatten.

Aan 300 GHz bedraagt de golflengte nog slechts 1 mm wat dan weer iets te compact is om nog comfortabel te zijn. Een groot deel van het onderzoek aan het KIT is daarom gewijd aan methodes om de antennes op een kostenefficiënte manier te bevestigen en te connecteren. Men is er in geslaagd om modules te bouwen die inclusief lens niet groter zijn dan 10x10x7 mm.

Het grote voordeel van de korte golflengte is dat de sensor zal kunnen meten met een resolutie in dezelfde grootteorde, wat uiteraard zeer precies is. Om dat te bereiken moet de sensor een voldoende grote bandbreedte hebben, van minstens 50 GHz.

MIMO systeem

De sensor kan op zichzelf gebruikt worden maar door de compacte vorm is het ook mogelijk om meerdere sensoren in een matrix te plaatsen. Er ontstaat dan een soort 3D camera – zij het met een lage resolutie – die op meerdere punten de afstand tot een object kan meten. Het is dan aan de transmitter om voortdurend te schakelen tussen de verschillende sensorelementen zodat de uitgezonden golven elkaar niet beïnvloeden.

Een matrix van meerdere sensorelementen – of enkel de antennes ervan – wordt een MIMO systeem genoemd, wat staat voor Multiple Input Multiple Output. Het switchen tussen de elementen door de transmitter heet Time Division Multiplexing (TDM).

Betaalbare oplossing

Het SATIRE project wordt als zeer relevant beschouwd voor de industrie omdat het focust op de praktische realisatie van de sensortechnologie, wat een betaalbare oplossing moet opleveren.

Van de 80 GHz technologie wordt ook gezegd dat de opmars in de industrie uiteindelijk te danken is aan de opgang van het gebruik van radars in de automobielindustrie waarbij productie op grote schaal de technologie betaalbaar gemaakt heeft.

Ook voor de nieuwe 300 GHz technologie wordt de automobielindustrie beschouwd als een mogelijk belangrijk toepassingsgebied. Op termijn zouden radarsensoren op hoge frequenties misschien de optische LIDARs kunnen vervangen die als cruciaal beschouwd worden voor de realisatie van zelfrijdende voertuigen.

© Productivity.be, 14/10/2020