Alle HF-Komponenten im 8x8-mm-Gehäuse integriert Winziger Radar-Chip für die Abstandsmessung

Der neue Radar-Sensor ist nur halb so groß wie eine Eurocent-Münze, aber beinhaltet alle notwendigen Hochfrequenzkomponenten.
Der neue Radar-Sensor ist nur halb so groß wie eine Eurocent-Münze, aber beinhaltet alle notwendigen Hochfrequenzkomponenten.

Nur halb so groß wie eine Eurocent-Münze ist der Radar-Entfernungs- und Bewegungssensor, den Wissenschaftler des Forschungskonsortiums SUCCESS entwickelt haben. So winzig er auch ist - der neue Radar-Sensor beinhaltet alle für die Abstandsmessung nötigen Hochfrequenzkomponenten.

Die in modernen Autos integrierten Parkassistenten nutzen auf Radarwellen basierende Sensoren zur hochgenauen Abstandsmessung nach allen Seiten. Aber auch in vielen Industrieprozessen müssen Fertigungsroboter in unbekanntem Umfeld millimetergenau gesteuert werden - und das in zunehmendem Maße. Entsprechend hoch ist das Zukunftspotential dieser Sensoren einzuschätzen.

Einen Beitrag dazu leistet nun das Konsortium SUCCESS. Die Wissenschaftler haben - unter Beteiligung des Karlsruher Institutes für Technologie - die zur Abstandsmessung notwendige Radar-Technik in ein nur wenige Millimeter großes Chip-Gehäuse integriert.

»Erstmals ist es gelungen, alle Hochfrequenzkomponenten in einem Chip-Gehäuse unterzubringen«, erklärt Thomas Zwick, Leiter des Instituts für Hochfrequenztechnik und Elektronik am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). »Der Anwender kann den Chip auf seiner Standard-Platine auflöten und erhält niederfrequente Signale, die er problemlos weiterverarbeiten kann.«

Der Sensor sendet und empfängt elektromagnetische Wellen mit einer Frequenz von 122 Gigahertz, also einer Wellenlänge von etwa zweieinhalb Millimetern. Aus der Laufzeit der Welle zu einem Objekt in mehreren Metern Entfernung wird der Abstand mit einer Genauigkeit von bis zu unter einem Millimeter berechnet. Über den Dopplereffekt lässt sich sogar die Geschwindigkeit des Objekts messen. Dabei ist der Sensor selbst nur 8 x 8 Millimeter groß, enthält aber alle notwendigen Hochfrequenz-Komponenten. Die Ausgangssignale sind dadurch niederfrequente Signale, die mittels Standardelektronik weiter verarbeitet werden können.

»Diese kompakte Technik wird eine Menge neuer Anwendungen erschließen«, ist sich Zwick sicher. »Langfristig könnte eine Serienproduktion die Stückkosten für den Radarsensor unter einen Euro drücken.« Neben Umfelderkennung in Autos und der Steuerung von Industrierobotern lassen sich viele weitere Anwendungen und Innovationen denken, etwa extrem flache Bewegungssensoren für Türen und Tore, die hinter der Tapete verschwinden oder Bohrmaschinen, die eigenständig bei der gewünschten Bohrtiefe abschalten.

Der Chip basiert auf der SiGe-BiCMOS-Technologie des IHP-Leibniz-Instituts für innovative Mikroelektronik, die für höchste Frequenzen geeignet ist. Das Design des Chips wurde vom IHP und von der Silicon Radar GmbH entwickelt. Am KIT wurde das Design der Sende- und Empfangsantennen und die Integration von Chip und Antennen auf die kleine Fläche durchgeführt. Das dünne, flexible organische Trägermaterial der Antennen wurde von der Hightec MC AG aus dem schweizerischen Lenzburg entwickelt. Das finnische Unternehmen SELMIC hat das keramische Gehäuse hergestellt, sowie die Einzelteile des Prototyps zusammengefügt. Die Robert Bosch GmbH hat eine Vielzahl möglicher Anwendungen untersucht und darauf basierend die Systemauslegung des Sensors erstellt, die Integration der Ansteuerelektronik durchgeführt und den Funktionstest übernommen. Weitere Mitglieder des von der EU geförderten Konsortiums sind ST Microelectronics, Evatronix und die Universität Toronto.