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

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Ziel des Projektes war die Entwicklung eines allgemeinen Modells von biomimetischen Antennenarrays (BMAAs), der Aufbau mehrerer Realisierungen und deren Einsatz im Radarbetrieb. Das erarbeitete verallgemeinerte Modell, inklusive Entwurfsprozesses, erlaubt eine effiziente Implementierung von BMAAs, ohne die Wahl der Antennenelemente und Nutzfrequenzen einzuschränken. Modell und Modenanalyse konnten auf eine beliebige Anzahl an Antennenelementen erweitert werden. Durch biomimetische Antennenkopplungen können im bistatischen MIMO-Radarbetrieb Nebenkeulenniveaus gesenkt, Mehrdeutigkeiten der Winkelschätzung reduziert, das Strahlungsdiagramm geformt und somit die Hauptkeulenbreite reduziert werden. Für monostatische Aufbauten kann durch das biomimetische Wirkprinzip inhärente Redundanz in der virtuellen Apertur entfernt und Mehrdeutigkeiten in der 2D-Winkelschätzung eliminiert werden. Es konnte mit Messungen von Demonstratoren bei 20GHz und 160GHz gezeigt werden, dass die Winkelschätzgenauigkeit für eine festgelegte Aperturgröße verbessert werden kann. Alternativ kann ein Array bei gleichbleibender Winkelperformance kompakter aufgebaut werden, um z.B. Chip-Fläche zu sparen. Biomimetische Mehrkanal-Arrays zeigten eine verbesserte Winkeltrennfähigkeit. BMAAs mit elektrisch steuerbaren, diskreten Bauteilen können ihre Charakteristik an das Szenario anpassen und erlauben adaptive Winkelschätzung. Teile dieser Ergebnisse wurden mit dem IEEE APS Piergiorgio L. E. Uslenghi Letters Prize Paper Award ausgezeichnet.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Enhanced angle estimation accuracy of ultra compact radars inspired by a biomimetic approach. 2017 IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS), 1425-1428. IEEE.
  Gruner, Patrik; Chaloun, Tobias & Waldschmidt, Christian
  
• Enhancing Angle Estimation for Off-Boresight Targets Using Biomimetic Antenna Arrays. 2018 48th European Microwave Conference (EuMC), 1377-1380. IEEE.
  Gruner, Patrik; Nguyen, Son; Chaloun, Tobias & Waldschmidt, Christian
  
• A Generalized Model for Two-Element Biomimetic Antenna Arrays. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 67(3), 1630-1639.
  Gruner, Patrik; Chaloun, Tobias & Waldschmidt, Christian
  
• Enhancing Angle Estimation Accuracy of Ultra Compact Two-Channel Radar MMICs at 160 GHz Using a Biomimetic Antenna Array. 2019 IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS), 305-308. IEEE.
  Gruner, Patrik; Chaloun, Tobias & Waldschmidt, Christian
  
• A new coupling network topology for mm-Wave biomimetic antenna arrays, in German Microw. Conf. (GeMiC), Apr. 2020. ISBN: 978-1-7281-4206-7
  P. Grüner, D. Schmucker & C. Waldschmidt
  
• A Radar System Concept for 2D Unambiguous Angle Estimation Using Widely Spaced MMICs with Antennas On-Chip at 150 GHz. 2020 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium (IMS), 1279-1282. IEEE.
  Gruner, Patrik; Klose, Markus & Waldschmidt, Christian
  
• Ultracompact Monostatic MIMO Radar With Nonredundant Aperture. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 68(11), 4805-4813.
  Gruner, Patrik; Geiger, Martin & Waldschmidt, Christian
  
• A Switchable Biomimetic Antenna Array. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 20(12), 2422-2426.
  Dorsch, Ines; Schwarz, Dominik & Waldschmidt, Christian
  
• N-Element Biomimetic Antenna Arrays. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 69(7), 3899-3912.
  Gruner, Patrik; Dorsch, Ines & Waldschmidt, Christian
  
• Performance Evaluation and Optimization of MIMO Radars Using Biomimetic Antenna Arrays. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 69(11), 5173-5184.
  Dorsch, Ines; Gruner, Patrik; Klose, Markus; Schmucker, David & Waldschmidt, Christian