Messen und Testen Automatische Signalanalyse beschleunigt die Entwicklung der Radartechnik

Radar hat im Vergleich zu Kamera- und Ultraschallanwendungen den großen Vorteil, dass zwischen Radarsensor und dem zu erfassenden Objekt kein optischer Sichtkontakt bestehen muss.

Fahrzeuge sind zunehmend mit Techniken ausgestattet, die den Fahrer in kritischen Situationen unterstützen und so die Anzahl der Unfälle reduzieren sollen. Neben Kameras und Ultraschallsensoren kommt immer häufiger die Radartechnik zum Einsatz. Mit ihr lassen sich Geschwindigkeit und Entfernung mehrerer Objekte wetterunabhängig, eindeutig und in kürzester Zeit messen. Die zugehörigen Radarsignale sind frequenzmoduliert und werden mit Spektrumanalysatoren analysiert. Damit lassen sich die Signale automatisch detektieren, vermessen und sowohl im Zeit- als auch im Frequenzbereich anzeigen, und das bei Frequenzen bis 500 GHz.

Mehr als 90 Prozent aller Unfälle im Straßenverkehr sind laut einer Studie der Audi Accident Research Unit auf menschliches Fehlverhalten zurückzuführen. Diese Zahl ließe sich durch das automatisierte Fahren, ähnlich eines Autopiloten in Flugzeugen, erheblich senken. Doch was hier nach einer Idee aus einem Science-Fiction-Roman klingt, ist in vielen Autos der oberen und zunehmend auch der mittleren Klasse bereits Realität. Neben der anfänglichen Einparkhilfe unterstützen heute Funktionen wie Spurwechselassistent, Totwinkelüberwachung und Abstandsregeltempomat den Alltag des Autofahrens. Geht es bei den Erstgenannten noch um eine reine Schwarz/Weiß-Erkennung, bei der die Information im Vordergrund steht, kann der Abstandsregeltempomat bereits Reaktionen wie das Anpassen der Fahrtgeschwindigkeit an das vorausfahrende Fahrzeug auslösen.

Verkehr in Fluss halten

Ein weiterer Grund dafür, dass das Thema „automatisiertes Fahren“ an Bedeutung gewonnen hat, ist die rasante Entwicklung von Megastädten. So ermittelte die International Energy Agency, dass Städte wie Moskau, Shanghai, Tokio oder Mexiko-Stadt mit bis zu 20 oder gar 30 Millionen Einwohnern einen starken Anstieg an Kraftfahrzeugen erleben. Heute gibt es bereits über eine Milliarde Fahrzeuge auf der Welt. Im Jahr 2025 werden es 1,5 Milliarden sein, 400 Millionen allein in China und dort vermehrt in den Ballungszentren. Hier ist das autonome Fahren also keine Frage der Sicherheit und des Komforts im Straßenverkehr mehr, sondern vielmehr eine Möglichkeit, den Verkehr in Städten, in denen schon heute die Durchschnittsgeschwindigkeit nicht mehr als 20 km/h beträgt, zukünftig überhaupt aufrecht erhalten zu können.

Radartechnik für Automotive-Anwendungen

Die Radartechnik für Fahrzeuge unterscheidet sich in mehrerer Hinsicht von den militärischen Anwendungen, für die die Radartechnik ursprünglich weiterentwickelt wurde. Zum einen besteht in der Automobilindustrie ein enormer Kostendruck, das heißt, die Komponenten müssen um ein Vielfaches preiswerter sein. Zudem ist hinter Kunststoffstoßstangen kaum Platz für Radarsensoren, sie müssen also extrem klein sein.

Radar hat im Vergleich zu Kamera- und Ultraschallanwendungen den großen Vorteil, dass zwischen Radarsensor und dem zu erfassenden Objekt kein optischer Sichtkontakt bestehen muss. Das spart Kosten bei der Herstellung der Stoßstangen und kommt dem Fahrzeug-Design zugute. Die Herausforderung besteht jedoch darin, die Dämpfungen der Sende- und Empfangssignale an den einzelnen Materialschichten der Stoßstange und an den (Metallic-) Lackierungen zu kompensieren. Diese Kompensierung erfolgt im Radarsensor.

Für automobile Anwendungen stehen den Fahrzeugherstellern heute vier Frequenzbänder bei 24 und 77 GHz mit unterschiedlichen Bandbreiten zur Verfügung. Sind es beim 24-GHz-ISM-Band noch maximal 250 MHz Bandbreite, stehen im 24-GHz-Ultrabreitband (ultra-wide band, UWB) bereits bis zu 5 GHz zur Verfügung; das jedoch aufgrund internationaler Bestimmungen nur bis zum Ende des Jahres 2022. Das über diesen Zeitraum hinaus zur Verfügung stehende Band mit bis zu 4 GHz Bandbreite liegt zwischen den Frequenzen 77 und 81 GHz. Es wird bereits für zukunftweisende Anwendungen genutzt. Weil die Signalbandbreite der Entfernungsauflösung entspricht, ist sie für die Radaranwendungen von großer Bedeutung. Aus diesem Grund werden die zusätzlich erteilten Frequenzen 122 und 244 GHz für diese Applikation mit einer Bandbreite von lediglich 1 GHz wenig Verwendung im Automobilbereich finden und bis auf Weiteres Forschungsprojekten vorbehalten sein.