Algemeen

Radarsysteem voor nieuwe toepassingen

radarsysteem Fraunhofer-IPA
Systeem met meerdere antennes voor het opnemen van ruimtelijke informatie (foto: Fraunhofer-IPA).

Een compact, nauwkeurig en aan te passen radarsysteem is geschikt voor veel toepassingen. Op plaatsen waar de sensortechnologie wegens hoge temperaturen of slecht zicht niet goed kan functioneren, zoals in de medische techniek, de logistiek of bij industriële sensoren, kan een nieuwe soort radarmodule van het Fraunhofer-Institut für Produktionsautomatisierung (IPA) worden gebruikt.

Net als de vleermuis zendt de radar signalen uit, niet als geluid maar als elektromagnetische golf. Deze ultrakorte golven raken een object, dat als een echo reflecteert en worden door de antennes weer opgevangen. Het uitgezonden en het ontvangen signaal worden vergeleken en daaruit wordt de afstand, de grootte en de snelheid van het object berekend.

Met radar kan men op afstand ook bij slecht zicht objecten herkennen. De radar dringt niet alleen door in mist, stof en rook, maar ook door niet-metallische stoffen zoals kleding, folie en hout. Een van de eerste en tot nu toe belangrijkste civiele radar toepassing vormt de bewaking van het luchtverkeer door de luchtverkeersleiding in de toren. Boordradar behoort tegenwoordig tot de standaarduitrusting van civiele vliegtuigen en van schepen.

Ondanks de grote potentie is het gebruik van de civiele radar beperkt tot enkele toepassingen waaronder ook de afstandswaarschuwingsradar in de automobielbranche. De huidige radarsystemen, gebaseerd op keramische substraten, zijn duur, groot en wegen 4-5 kg.

Compact radarsysteem

Onderzoekers van de Fraunhofer-Instituten für Angewandte Festkörperphysik (IAF), Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) en Zuverlässigkeit und Mikrointegration (IZM) hebben gezamenlijk een radar ontwikkeld, die modulair is opgebouwd, goedkoper en efficiënter met energie is, een hoge resolutie heeft en universeel inzetbaar is.

Deze radar werkt met millimetergolven in het frequentiebereik van 75 GHz – 110 GHz (W-band) en kan zelfs bij slecht zicht nog kleine objecten op afstand herkennen. De reikwijdte bedraagt bij een vermogen van 10 mW tot wel 50 m.

Door de kortere golflengte (circa 3 mm) blijft de W-band radar compact. Het complete systeem van galliumarseen halfgeleiders, radarsignaalverwerking en digitale verwerking is dankzij de moderne technieken voor miniaturisering niet groter dan een sigarettendoosje.

Opbouw van het radarsysteem

Behalve de digitale signaalverwerking zit er ook nog een hoogfrequentmodule, een signaalprocessor en één zend- en twee ontvangstantennes met diëlektrische lenzen in. In dit radarsysteem is de middelste antenne alleen de zender en de buitenste twee zijn ontvanger. Daarmee is te detecteren onder welke hoek het object ten opzichte van de radar staat.

Met de afstand en de hoek ontstaat, net als bij een laserscan, de exacte positionering. Door de korte golflengte kunnen ook kleinere objecten worden gedetecteerd en beter van elkaar worden onderscheiden. Als vergelijking: de afstand waarschuwingsradar in de auto werkt op 77 GHz. Hoe hoger de frequentie, des te nauwkeuriger is de meetresolutie en het onderscheidend vermogen voor objecten. Bovendien wordt de constructie compacter.

De polymeerlenzen van de antennes bundelen de elektromagnetische golven. De grootte van de lens is aangepast aan de frequentie. Zo kunnen lenzen met een verschillende grootte worden gebruikt, die de straling zelfs kunnen bundelen op het niveau van de euromunt diameter.

Toepassingen

Omdat de onderzoekers een diëlektrische antenne gebruiken, kan de openingshoek vrij worden gekozen. Ze zouden dus zowel grote vlakken dichtbij kunnen opnemen als kleine objecten op grotere afstand. Hierdoor zou het bijvoorbeeld mogelijk zijn om met een paar radarsystemen een hekwerk van honderden meters lang te bewaken, zoals in de containerhaven van Hamburg. Bewakingscamera’s leveren bij dichte mist, zoals die vaak bij de haven aan de Elbe optreedt, geen beelden met hoge resolutie meer. Daarom patrouilleren bij slecht weer vaker bewakingsdiensten met honden.

De W-band-radar is daarmee voorbestemd voor ruime toepassingsmogelijkheden, ook op medisch gebied. De wetenschappers werken aan een speciale toepassing. Ze ontwikkelen een soort objectherkenning voor prothesen. Deze moet informatie over de omgeving naar het besturingssysteem sturen en antwoorden leveren op de vragen zoals: ligt er binnen 2 m of 3 m een hobbel waarover de patiënt kan struikelen? Op deze manier kan de beweging van de prothese en de stap worden aangepast, zonder dat de drager van de prothese voor de hindernis moet stoppen om daarna zijn prothese op een onnatuurlijke manier op de eerste trede van de trap te moeten tillen.

In vergelijking met andere sensoren levert radar ook meer informaties over de toestand van de oppervlakken van objecten: is het een nat of ligt er ijs? Bovendien kan het in een behuizing worden ondergebracht en onder de kleding worden gedragen. In tegenstelling tot röntgenscanners is radar niet schadelijk voor de gezondheid. Het zendvermogen van de korte golfstralen in het millimetergebied ligt bij 10 mW, terwijl de mobiele telefoon tot 1000 mW haalt.

 

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven