Nowa era miniaturowych radarów

Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Davis opracowali czujnik, który może zapoczątkować nową erę radarów fal milimetrowych.

Radary działające w zakresie fal milimetrowych wysyłają do obiektów szybko poruszające się fale elektromagnetyczne w celu analizy ich ruchu, pozycji i prędkości na podstawie odbicia. Zaletami fal milimetrowych jest ich naturalna wrażliwość na ruchy o małej skali oraz zdolność skupiania i wykrywania danych pochodzących z mikroskopijnych obiektów.

Nowy czujnik wykorzystuje innowacyjną konstrukcję do detekcji wibracji tysiąc razy mniejszych i zmian pozycji celu sto razy mniejszych niż kosmyk ludzkiego włosa, co czyni go lepszym lub dorównującym najdokładniejszym czujnikom na świecie. Jednak w przeciwieństwie do swoich konkurentów jest wielkości ziarnka sezamu, tani w produkcji i charakteryzuje się długim czasem pracy na baterii.

Projektem kierował profesor Omeed Momeni i był realizowany przez jego laboratorium na Wydziale Inżynierii Elektrycznej i Komputerowej. Jest to część trwającego projektu finansowanego przez Amerykańską Fundację Badań nad Żywnością i Rolnictwem mającego na celu opracowanie taniego czujnika zdolnego do śledzenia poziomu wody w poszczególnych roślinach. Nowy radar jest niezbędnym krokiem potwierdzającym, że jest to możliwe. Praca została opublikowana we wrześniowym numerze IEEE Journal of Solid-State Circuits.

Podstawowym problemem, przed którym stanął zespół badaczy w ciągu pierwszego roku prac nad czujnikiem było znalezienie pożądanego źródła. Szum był na tyle duży, że gdy naukowcy próbowali uchwycić delikatny sygnał przerzedzania się małych liści, ich czujniki były zagłuszane.

- Wydawało się to naprawdę niemożliwe, ponieważ poziomy szumów, które badaliśmy, musiały być tak niskie, że prawie żadne źródło sygnału nie było w stanie sobie z tym poradzić - powiedział Momeni.

W pewnym momencie nie byli pewni, czy uda im się sprostać wyzwaniu, a jego zespół zauważył, że będą musieli zbudować układ, który będzie 10 razy bardziej dokładny niż znane obecnie, co wydawało się uzależnione od postępu technologicznego mogącego nastąpić dopiero za kilka lat. Po tym czasie współpracującemu z Momenim Hao Wangowi udało się zniwelować poziom szumu przy wykorzystaniu konstrukcji samego czujnika.

Układ Wanga jest prosty w produkcji i ma unikalną konstrukcję, która znacznie poprawia jego efektywność energetyczną. Te dodatkowe udoskonalenia mogą rozwiązać dwa najważniejsze problemy, przed którymi stoją czujniki fal milimetrowych: wysokie zużycie energii i ograniczona wydajność tranzystorów półprzewodnikowych pod kątem szumu, wzmocnienia i mocy wyjściowej.

Ponieważ zespół wciąż udoskonala i ulepsza swój projekt, nie może się doczekać, aż inni badacze będą mogli z nim eksperymentować. Uważają, że poza wykorzystaniem w ramach projektu FFAR może znaleźć zastosowanie przy określaniu integralności strukturalnej budynków i ulepszeniu rzeczywistości wirtualnej.

(rr)