Miniaturisierter Radarsensor für autonome Flugger?te - Entwicklung eines 122 GHz Radarmoduls

Unsere Fachgruppe entwickelt in Kooperation mit Partnern aus Industrie und Forschungsinstituten einen hochintegrierten 122 GHz Radarsensor für unbemannte Flugger?te (Unmanned Aerial Vehicles, UAV). Kernkomponente des Sensors ist ein 122 GHz Radar-Chip mit integrierten Antennen und sehr geringen Abmessungen (s. Fig. 1). Auf Basis dieses Chips wird ein ultrakompaktes Sensormodul entwickelt.

Elektromagnetische Wellen bei Frequenzen oberhalb von 100 GHz durchdringen Staub, Rauch und Nebel und sind weitgehend unbeeinflusst von wechselnden Sichtverh?ltnissen. Mittels Antennen und Linsen k?nnen in diesem Frequenzbereich Reichweiten bis über 50 m bei Messgenauigkeiten im Bereich von 1 mm erreicht werden. Weitere Informationen, wie Geschwindigkeit und Einfallswinkel k?nnen mit entsprechenden Radarverfahren gemessen werden. Die sehr hohe Arbeitsfrequenz unseres Sensors von 122 GHz führt zu sehr kleinen Wellenl?ngen in der Luft (λ < 3mm). Dies erm?glicht es, Sende- und Empfangsantennen extrem kompakt zu realisieren und in das IC-Geh?use zu integrieren (s. Fig. 1). Dies erm?glicht einen extrem kompakten und leichten Sensor, den man auch als ?kleinstes Radarsystem der Welt“ bezeichnen k?nnte.

Der Radar-Chip wurde im EU-Projekt SUCCESS (Silicon Ultra-Compact Cost-Efficient Sensor System Design) entwickelt. Im vorliegenden Nachfolgeprojekt zu SUCCESS entwickeln wir den Sensor weiter in Richtung eines vollst?ndigen, miniaturisierten High-End-Abstandssensor für autonom navigierende UAVs. Die Realisierung von autonom navigierenden UAVs erfordert vielf?ltige Sensorik, um ein hohes Ma? an Automatisierung zu erm?glichen. Die Wahrnehmung der Umgebung wird derzeit durch verschiedene Sensoren, wie Kameras, GPS, sowie Beschleunigungs-, Druck- und Regensensoren realisiert. In der Zukunft werden Radarsensoren eine zunehmend wichtige Rolle spielen. In KFZ-, Flugzeug- und Industrieanwendungen werden Radarsensoren schon heute für Geschwindigkeits-, Abstands-, Bewegungs- und Füllstandsmessungen verwendet. Allerdings sind heutige Radarsensor-L?sungen wesentlich zu gro? und zu teuer, als dass sie in unbemannten, kompakten UAVs, wie z.B. Quadrocopter verwendet werden k?nnten. Nur durch Reduktion von Kosten, Gewicht und Baugr??e k?nnen diese Anwendungen erschlossen werden, was mit unserem Miniatur-Radarsensor m?glich erscheint.

Das Miniatur-Radarmodul wird in Kooperation mit der AirRobot GmbH, PKTEC GmbH, Silicon Radar GmbH, dem Leibnizinstitut für Innovative Mikroelektronik (IHP), und dem Karlsruhe Institute of Technology (KIT) entwickelt und im Rahmen des Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie gef?rdert (F?rdernummer: KF2296404). Die Arbeiten unserer Fachgruppe im Projekt fokussieren auf die Entwicklung der kompakten elektronischen Hardware mit Fokus auf pr?ziser Auswertung der Sensordaten und dem ausfallsicheren Betrieb für den Einsatz in Flugger?ten. Fig. 3 zeigt das avisierte Konzept der Sensor-Implementierung unter Nutzung von Rigid-Flex-Platinen-Technologie.