Industriesensorik: Das Millimeterwellen-Radar schaut in die Verpackung

| Redakteur: Hendrik Härter

Das kompakte W-Band-Radar ist in etwa so groß wie eine Zigarettenschachtel. Damit eröffnet sich in der Industrie die Möglichkeit, mithilfe von Millimeterwellen durch Kunststoff oder auch Textilien zu blicken.
Das kompakte W-Band-Radar ist in etwa so groß wie eine Zigarettenschachtel. Damit eröffnet sich in der Industrie die Möglichkeit, mithilfe von Millimeterwellen durch Kunststoff oder auch Textilien zu blicken. (Bild: Fraunhofer IAF)

Millimeterwellen durchdringen Kunststoffe, Pappe, Holz und Textilien. Damit können Anwender hinter Wänden oder in Verpackungen blicken. Auch Rauch und Nebel sind kein Problem. Ideal für die Industrie-Sensorik.

Fraunhofer-Forscher haben jetzt ein W-Band-Radar entwickelt, das in der Industrie-Sensorik eingesetzt werden kann: Es durchleuchtet verpackte Güter und gibt Auskunft über den Inhalt. Das Radar-System arbeitet mit Frequenzen von 75 bis 110 GHz, dem sogenannten W-Band. Vom Radar durchdrungen werden alle nicht-metallischen und optisch nicht-transparenten Materialien wie Kunststoff, Textilien, Papier, Holz und eben auch Rauch und Nebel.

Bislang werden im Produktionsablauf meist optische Sensoren wie etwa Laser eingesetzt. Laser versagen bei schlechten Sichtverhältnissen und können nicht hinter Verpackungsmaterial blicken. Anders ist es beim W-Band-Radar. Wie ein Röntgengerät, das den Blick in den menschlichen Körper ermöglicht, erfasst das Radar, was sich in einer Verpackung oder hinter einer Wand befindet. Im Gegensatz zu Röntgenstrahlen sind die vom W-Band-Radar ausgesendeten kurzwelligen Strahlen im Millimeterbereich jedoch nicht gesundheitsschädlich. Die Sendeleistung des Radars ist sogar 100 Mal kleiner als die eines Mobiltelefons.

3D-Modell: Es zeigt den Einsatz des Radars in der Prozessautomation.
3D-Modell: Es zeigt den Einsatz des Radars in der Prozessautomation. (Bild: Fraunhofer IAF)

Wie das Millimeterwellen-Radar funktioniert

Die Funktionsweise des Radars lässt sich mit der eines Echos vergleichen. Das Radar sendet Signale aus, die von Materialien und Gegenständen reflektiert werden und zum Radar zurückkehren. Sende- und Empfangssignal werden mithilfe numerischer Algorithmen miteinander verglichen und geben Auskunft darüber, was sich in welchem Abstand vor dem Radarmodul befindet.

„Trotzt ihrer Vorteile hatten Millimeterwellen-Radarsysteme bislang nur eine geringe Marktakzeptanz, da niederfrequente Systeme zu groß und hochfrequente Systeme zu teuer in der Herstellung sind“, erklärt Christian Zech, Forscher am Fraunhofer IAF. Die Entwicklung der Fraunhofer-Forscher hingegen ist kompakt, kostengünstig und modular aufgebaut. Durch die kürzeren Wellenlängen von rund drei Millimetern ist das komplette System in etwa so groß wie eine Zigarettenschachtel. Das W-Band-Radar basiert auf dem Halbleiter Galliumarsenid und bietet eine höhere Bandbreite, Auflösung und Empfindlichkeit als Radar-Systeme, die mit Siliziumschaltkreisen arbeiten.

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