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mmWave radar sensors – Was ist mmWave

Die mmWave-Technologie eignet sich ideal zur Erkennung von Objekten und zur Messung von deren Entfernung, Geschwindigkeit und Winkel. Sie arbeitet berührungslos im Frequenzspektrum von 30 bis 300 GHz. Aufgrund der kurzen Wellenlängen liefert diese Technologie eine Auflösung von unter einem Millimeter bei der Entfernungsmessung. Sie ist außerdem in der Lage, bestimmte Materialien wie Kunststoff, Trockenbauwand oder Kleidung zu durchdringen, und äußerst unempfindlich gegenüber Umgebungsbedingungen wie Regen, Nebel, Staub und Schnee. Von TI sind zwei Familien von mmWave-Sensoren erhältlich: AWR-mmWave-Sensoren für Fahrzeuganwendungen und IWR-mmWave-Sensoren für Industrieanwendungen, Drohnen und medizintechnische Anwendungen.

mmWave-Sensoren senden Signale aus, deren Wellenlänge im Millimeterbereich (mm) liegt. Dies gilt als eine kurze Wellenlänge im elektromagnetischen Spektrum und ist einer der Vorteile dieser Technologie. Dadurch können die zur Verarbeitung der mmWave-Signale benötigten Bausteine wie die Antenne sehr klein gehalten werden. Ein weiterer Vorteil kurzer Wellenlängen ist die hohe Auflösung. Ein mmWave-System kann bei einer Frequenz von 76 bis 81 GHz Entfernungen im Millimeterbereich auflösen.

Außerdem bietet der Betrieb der mmWave-Sensoren in diesem Frequenzbereich folgende weitere Vorteile:

  • Durchdringung von Materialien wie Kunststoff, Trockenbauwand und Kleidung
  • Hohe Richtwirkung: kompakte Strahlbildung mit einer Winkelgenauigkeit von 1°
  • Lichtähnlich: kann mit üblichen optischen Verfahren fokussiert und gesteuert werden
  • Große absolute Bandbreiten: gute Unterscheidung zwischen sehr nahen Objekten
CW
Gepulst
FSK
FMCW
Langsames und schnelles FMCW

Das Sendesignal kann verschiedene Wellenformen annehmen, darunter gepulst, Frequenzumtastung (FSK), Dauerstrich (CW) und frequenzmodulierter Dauerstrich (FMCW). Bei den mmWave-Sensoren von TI kommt ein schnelles frequenzmoduliertes Dauerstrichradar zum Einsatz, das stabilen Betrieb, rasche Erkennung und weniger Uneindeutigkeiten in Umgebungen mit vielen Objekten bietet. Diese Radartechnik ermöglicht auch das genaue Messen der Entfernung und Geschwindigkeit von Objekten, wodurch die mmWave-Sensoren eine mehrdimensionale Erfassung liefern können.

Ein vollständiges mmWave-Radarsystem besteht aus HF-Komponenten zum Senden (TX) und Empfangen (RX) des Radarsignals, aus analogen Bauteilen wie einem Taktgeber und aus digitalen Komponenten wie einem A/D-Wandler, Mikrocontroller (MCU) und digitalen Signalprozessor (DSP).

Texas Instruments (TI) hat sich dieser Herausforderungen angenommen und CMOS-basierte mmWave-Radarbausteine entwickelt, bei denen alle diese Komponenten integriert sind.