Skip to main content

Article Category

Story

Article available in the folowing languages:

Najważniejsze wiadomości - Niedrogi radar o wielkości paznokcia

Finansowanym przez UE naukowcom udało się zminiaturyzować radar do rozmiaru paznokcia, przy zachowaniu niskiej ceny, co prawdopodobnie otworzy wrota do nowych rozwiązań w dziedzinie wykrywania ruchu i mierzenia odległości. To nowatorskie urządzenie może znaleźć zastosowanie w przemyśle motoryzacyjnym, a także w urządzeniach przenośnych, robotyce i innych dziedzinach.

Gospodarka cyfrowa

Powyższy radar, opracowany przez uczestników projektu o nazwie "architektura bazującego na krzemie, ultra-kompaktowego i niedrogiego systemu przeznaczonego dla czujników fal milimetrowych" ('Silicon-based ultra-compact cost-efficient system design for mm-wave sensors' Success) jest obecnie najbardziej kompletnym, bazującym na krzemie "systemem-na-mikroukładzie" ('system-on-chip' - SoC), przeznaczonym dla radarów pracujących z częstotliwością przekraczającą 100 GHz. "Z tego co wiem opracowaliśmy najmniejszy na świecie, kompletny system radarowy", twierdzi prof. Christoph Scheytt, koordynujący project Success w mieniu niemieckiej firmy IHP, zlokalizowanej w Frankfurcie. "Istnieją mikroukłady pracujące z częstotliwością przekraczającą 100 GHz, stosowane w radarach, jednak nasze rozwiązanie charakteryzuje się największym stopniem integracji, osiągniętym do tej pory w rozwiązaniach opartych na krzemie". Mierzący zalewie 8 mm na 8 mm mikroukład stanowi zwieńczenie trzech lat badań prowadzonych przez dziewięciu partnerów akademickich i przemysłowych z całej Europy, których prace zostały wsparte przez Komisję Europejską kwotą 3 milionów euro. Opracowując przełomową technologię, która prawdopodobnie już wkrótce znajdzie zastosowanie komercyjne, uczestnicy inicjatywy Success korzystali z doświadczenia zdobytego na każdym etapie łańcucha produkcji urządzeń mikroelektronicznych. Powyższy mikroukład, pracujący z częstotliwością 120 GHz, która odpowiada fali o długości około 2,5 mm, wykorzystuje czas podróży fali, w celu obliczenia odległości, w jakiej znajduje się obiekt zlokalizowany nie dalej niż trzy metry od radu. Dokładność pomiaru wynosi około milimetr. Radar ten może ponadto wykrywać ruchome obiekty oraz obliczać ich prędkość korzystając z efektu Dopplera. Z komercyjnego punktu widzenia powyższa technologia jest też bardzo niedroga: w przypadku produkcji na skalę przemysłową pojedynczy, kompletny, miniaturowy radar kosztowałby, według szacunków uczestników projektu, około jedno euro. Dzięki temu mógłby na przykład potencjalnie zastąpić czujniki ultradźwiękowe, wykrywające ludzi i obiekty, stosowane np. w samochodowych radarach cofania, być stosowany w automatycznych systemach sterowania drzwiami, mierzyć poziom wibracji lub odległości wewnątrz maszyn, znaleźć zastosowanie w robotyce itd. Niewykluczone, że radar ten wykorzystano by także w telefonach komórkowych. By stworzyć zminiaturyzowany system radarowy, uczestnicy projektu Success musieli sprostać szeregowi wyzwań, z których jednym było opracowanie niezawodnej, miniaturowej anteny. "W tej dziedzinie rozmiar ma duże znaczenie", zauważa prof. Scheytt. "Główną przyczyną korzystania z wysokich częstotliwości zamiast niższych jest możliwość używania mniejszych anten". Podczas, gdy radio UKF wymaga anteny o długości około 1 m, a router WiFi o długości około 10 cm, w przypadku fal milimetrowych (częstotliwości od 30 GHz do 300 GHz) anteny mogą mieć długość kilku milimetrów. Wraz z postępującą miniaturyzacją współczesnych urządzeń, począwszy od telefonów komórkowych, aż po podzespoły robotyczne, milimetrowe rozmiary stanowią dużą zaletę. Nowy materiał ograniczający tłumienie Wraz z osiągnięciem dużych częstotliwości pojawiają się niepożądane zakłócenia elektromagnetyczne oraz silne tłumienie (atenuacja). "Im wyższa jest częstotliwość, tym silniejsze jest promieniowanie pochodzące z okablowania. Modelowanie powyższych interferencji stanowiło duże wyzwanie", twierdzi koordynator projektu. Uczestnicy inicjatywy Success sprostali mu poprzez precyzyjne modelowanie, nowatorską technikę integracji anteny oraz wykorzystanie poliamidu do produkcji anteny. "Partnerzy projektu znaleźli i przetestowali wiele różnych materiałów, które nadawały się do produkcji anteny, po czym wybrali substancję, która charakteryzowała się najmniejszym stopniem strat. Kolejnym etapem było nadrukowanie anteny i przylutowanie jej", tłumaczy prof. Scheytt. "Antena jest planarna, co oznacza, że została zamocowana horyzontalnie, w górnej części mikroukładu. To całkowicie odmienne rozwiązanie, niż stosowane w większości innych systemów korzystających z fal o milimetrowej długości, w których zwykle spotyka się nieporęczne anteny o przewodnikach cylindrycznych. Zaletą naszego podejścia jest to, że cały system jest znacznie mniejszy". Innym wyzwaniem dotyczącym urządzeń pracujących przy dużych częstotliwościach jest testowanie ich pod kątem poprawnej, zgodnej z założeniami pracy. Istniejące techniki testowania są drogie i nie są dostosowane do weryfikowania urządzeń produkowanych masowo, na skalę komercyjną. By sprostać powyższemu wyzwaniu uczestnicy projektu Success zdecydowali się zastosować nietypowe rozwiązanie, którym było zaimplementowanie funkcji samo-testowania wewnątrz mikroukładu. "Wbudowane funkcje samo-testowania są dość powszechnie spotykane w telefonach komórkowych, które pracują przy znacznie niższych częstotliwościach, jednak zastosowanie ich w mikroukładach wytwarzających fale milimetrowe jest nowością", twierdzi Prof.Scheytt. "Nasi partnerzy przemysłowi przywiązali dużą wagę do powyższych funkcji, gdyż nie ma sensu opracowywanie mikroukładu, którego wytworzenie będzie kosztować jedno euro, a testowanie każdej sztuki od 30 do 40 euro". Wbudowane funkcje testujące umożliwiają technikom łatwe i tanie weryfikowanie poprawności podłączenia anteny, siły transmisyjnej urządzenia, a także prawidłowości zakresu częstotliwości pracy. Co więcej, ponieważ powyższy mikroukład nie posiada interfejsu radiowego, zintegrowanie go z układem drukowanym także jest niedrogie i proste. "Ponieważ wszystkie obwody wysokoczęstotliwościowe zamknięto w jednym mikroukładzie, użytkownicy mają dostęp wyłącznie do interfejsów pracujących z niską częstotliwością", zauważa prof. Scheytt. Profesor podkreśla, że powyższy mikroukład mógłby być używany przez inżynierów, gdyż instaluje się go podobnie jak czujniki ultradźwiękowe czy mikrokontrolery. "Użytkownicy mogą przylutowywać nasz mikroukład do standardowych płytek drukowanych i odbierać sygnały o niskiej częstotliwości, które z łatwością można przetwarzać", mówi prof. Thomas Zwick, kierownik IHE na Politechnice w Karlsruhe ('Karlsruhe Institute of Technology' - KIT), która jest partnerem projektu Success. Poszczególni członkowie konsorcjum Success badają obecnie możliwości komercyjnego zastosowania opracowanych przez siebie technologii. Przykładowo, firma Bosch analizuje możliwości wdrożenia tego rozwiązania, widząc duży potencjał w niedrogich radarach zdolnych do pracy z dużą częstotliwością, natomiast pozostali partnerzy, tacy jak niemiecka firma Silicon Radar, fiński Selmic, czy też szwajcarski Hightec, pragną wykorzystać wyniki projektu Success w stosowanych przez siebie procesach przemysłowych. Projekt Success uzyskał wsparcie w ramach Siódmego Programu Ramowego UE (7PR). Odnośniki do projektów na stronie CORDIS: - informacje na temat 7PR w bazie danych CORDIS - informacje na temat projektu Success w bazie danych CORDIS Pozostałe odnośniki: - strona internetowa Agendy Cyfrowej Komisji Europejskiej