Das 60-GHz-Radarmodul kann mit seinem geringen Energieverbrauch vornehmlich zur Gesundheitsüberwachung und Gestensteuerung in Mobilgeräten eingesetzt werden.

Bild: Imec
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Kontaktlose Gesundheitsüberwachung Radartechnik hält Einzug in batteriebetriebene Geräte

04.08.2020

Ein neuartiger Radarchip ist so klein und energiesparend ausgelegt, dass er sich in batteriebetriebene Geräte integrieren lässt. Damit kann er etwa Vitalparameter wie den Herzschlag aus mehreren Metern Entfernung messen. Die Entwickler sind nun auf der Suche nach Unternehmen, die mit der Technik neue Lösungen umsetzen wollen.

Das belgische Forschungszentrum Imec hat ein Millimeterwellen-Bewegungserkennungsradar entwickelt, das in einem standardmäßigen 28-nm-CMOS integriert ist. Mit einer Auflösung im Bereich von 2 cm ist das hochempfindliche Radar für die Überwachung von Vitaldaten sowie die Gestenerkennung optimiert. Der kompakte Chip verbraucht dabei nur 62 mW, sodass er in kleine, batteriebetriebene Geräte integriert werden kann.

Das neue Radardesign erzeugt rasch modulierte Wellen mit einem Frequenzanstieg von zwölf Prozent in 51,2 μs. Eine hohe Modulationsbandbreite von 7,2 GHz ermöglicht die ultrafeine Auflösung des Sensors, was ihn auch zur 3D-Erfassung von Fingerbewegungen, Handbewegungen und Gesten befähigt.

Experimente haben dabei bereits belegt, dass der Sensor unter anderem multiple Ziele und Herzschläge in 5 m Entfernung erkennen und zudem die Position und Geschwindigkeit eines Fußgängers genau verfolgen kann. Das Radar arbeitet im Frequenzband um 60 GHz, einem lizenzfreien ISM-Band, das sich für neue IoT-Anwendungen in der Industrie und Medizin nutzen lässt.

Aufbau des neuen Radars

Das Radarsystem verbraucht nur 62 mW Energie, deutlich weniger als andere Radargeräte in diesem Frequenzbereich. Eine kurze Hochlaufzeit von 1 µs unterstützt dabei aggressives Duty-Cycling zur weiteren Leistungsreduzierung.

Der Transceiver-Chip ist 4,15 mm2 groß und in 28-nm-Bulk-CMOS-Technologie integriert. Das soll eine kostengünstige Lösung bei hohen Produktionsvolumen gewährleisten. Für das Einkanalradar ist ein Referenzmoduldesign verfügbar, das die Antenne einschließt und ein gutes Spillover-Verhalten erzielt.

Mögliche Einsatzbereiche

„Da das 60-GHz-Radarsystem extrem kompakt und energieeffizient ist, kann es in intelligente Gesundheitsanwendungen wie Smartphones, Gesundheits-Monitoring-Systeme oder Kleidung integriert werden“, nennt Barend van Liempd, Programm-Manager Radar beim Imec, einige Anwendungsfelder. „Das Radar ermöglicht es solchen Geräten, ihre Umgebung zu scannen, was die Art und Weise prägen wird, wie wir diese Geräte steuern und nutzen.“

So könne zum Beispiel ein Telefon mit integriertem Radar auf dem Nachttisch die Schlafqualität durch berührungslose Verfolgung der Atemfrequenz und der Pulsvariabilität überwachen. Zudem eigne sich das Radar für die Klassifizierung anderer körperlicher Aktivitäten, „was eine neue Reihe intelligenter Anwendungen im Zusammenhang mit personalisierter Gesundheit, Baby-Monitoring, Sport, Seniorenbetreuung, Patientenüberwachung, Krankenpflege oder Arbeitssicherheit eröffnen wird“, sagt van Liempd.

Und Kathleen Philips, Director IoT beim Imec, ergänzt: „Unser Prototyp zeigt, dass die Radartechnologie für den nächsten großen Schritt bereit ist: den Einsatz in batteriebetriebenen Geräten. Jetzt suchen wir nach Unternehmen, die diese Ideen nutzen wollen, um mit der Realisierung neuer Radarlösungen in den Markt einzusteigen.“

Bildergalerie

  • Die Experimente demonstrieren die Erkennung mehrerer Ziele, das Erfassen eines Herzschlags in 5 m Entfernung und die genaue Verfolgung der Position und Geschwindigkeit eines Fußgängers.

    Bild: Imec

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