Biomimetische Antennenkonzepte für winkelgebende Millimeterwellensensoren, Fortsetzungsantrag

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Waldschmidt
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 315290836

Das Prinzip des Gehörsystems der Fliege Ormia ochracea ist Gegenstand aktueller Forschungsarbeiten. Die nach diesem Prinzip entwickelten Antennen werden dabei als biomimetische Antennenarrays (BMAAs) bezeichnet. Die Funktionsweise beruht darauf, dass die Prinzipbedingt kleine Phasenprogression zweier nahe beieinanderliegender Antennen durch eine speziell entworfene Verkopplung dieser Antennen nach dem Vorbild der Fliege gestreckt wird. Dabei vergrößert sich die elektrische Abmessung des Arrays, während die physikalische Größe konstant bleibt. Durch die größere Apertur ist eine genauere Winkelschätzung möglich.Im Erstprojekt wurde ein elektrisches Modell des Antennensystems aufgestellt und durch mehrere Demonstratoren erfolgreich verifiziert. Außerdem konnten die Wirkzusammenhänge, die dem Antennensystem zu Grunde liegen, durch eine Modellierung in der komplexen Ebene intuitiv verstanden werden. Im Rahmen des Erstprojekts wurde ein integrierter, zweikanaliger Radarsensor mit integrierten Antennen bei 160 GHz mit äußerst kompakten Abmessungen von weniger als 3 mm² entworfen, gefertigt und vermessen. Die biomimetische Kopplung hilft hier, den Antennenabstand auf dem MMIC auf ein Minimum zu reduzieren, ohne die Winkelschätzfähigkeit zu verlieren. Es konnte außerdem ein neuartiges, kompaktes MIMO-System auf dem MMIC erfolgreich verifiziert werden, das mit nur zwei physikalischen Antennen auf dem Chip ein virtuelles Array von vier Antennen aufspannt. Bisherige Arbeiten konzentrierten sich auf die Entwicklung von biomimetischen Antennenarrays mit zwei Elementen. Basierend auf den im Erstprojekt entwickelten Modellen soll der Fokus in diesem Fortsetzungsantrag auf die Skalierbarkeit des biomimetischen Antennensystems hin zu mehr als zwei Antennen gelegt werden. Dabei ergeben sich völlig neue Anwendungen, die mit den kleinen 2-Element-Arrays in bisherigen Aufbauten nicht möglich waren. Konkret verspricht die Skalierung der BMAAs eine weitere Steigerung der Winkelschätzfähigkeit für zukünftige Millimeterwellensensoren, nicht nur im Hinblick auf die Genauigkeit, sondern ebenfalls auf die Trennfähigkeit im Winkelbereich. Im Rahmen des Projekts soll nicht nur die direkte Skalierung der Anzahl der gegenseitig miteinander verkoppelten Antennen betrachtet werden, sondern auch die optimale Anordnung in einem MIMO-Aufbau untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen