Forschungspreis "Argus"

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Der Wis­sen­schafts­preis “ARGUS“ des Luft- und Raum­fahrt­kon­zerns Cas­si­di­an geht nach Bo­chum, genauer an Timo Jaeschke.

Ro­bust, kos­ten­güns­tig, strom­spa­rend und ex­trem hoch­auf­lö­send – so könn­te eine neue Ge­ne­ra­ti­on von FM­CW-Ra­dar­sys­te­men aus­se­hen. Den Grund­stein dafür legt Timo Ja­eschke in sei­ner Stu­di­en­ar­beit am Lehr­stuhl für Elek­tro­ni­sche Schal­tungs­tech­nik, die am 07. Ok­to­ber 2010 mit dem CAS­SI­DI­AN Elec­tro­nics ARGUS Award 2010 aus­ge­zeich­net wurde.

FM­CW-Ra­dar­sys­te­me kom­men vor allem bei in­dus­tri­el­len An­wen­dun­gen zum Ein­satz. Das be­rüh­rungs­lo­se Mess­ver­fah­ren er­mög­licht bei­spiels­wei­se die Füll­stands­be­stim­mung in spe­zi­el­len Tanks, in denen Öl oder Che­mi­ka­li­en ge­la­gert wer­den. Ra­dar­ge­rä­te die­ses Typs strah­len un­un­ter­bro­chen Sen­de­si­gna­le ab, zeit­gleich emp­fan­gen und ver­ar­bei­ten sie Echo­si­gna­le. Durch eine Ver­än­de­rung der Fre­quenz des Sen­de­si­gnals wird ein Zeit­be­zug her­ge­stellt. Dies er­mög­licht eine Ent­fer­nungs­be­stim­mung zwi­schen einer An­ten­ne im Kopf des Tanks und der Ober­flä­che der Tank­fül­lung.

Ent­fer­nungs­auf­lö­sung bis­lang stark be­grenzt

Die An­ten­ne des Ra­dar­ge­räts über­wacht den Flüs­sig­keitspe­gel im In­ne­ren des Be­häl­ters, stö­rend auf ihre Mes­sung wir­ken sich bei­spiels­wei­se Ein­füll­stut­zen oder Rühr­werk­zeu­ge aus. Her­kömm­li­che Sys­te­me sto­ßen hier auf­grund ihrer stark be­grenz­ten Ent­fer­nungs­auf­lö­sung an ihre Gren­zen. An die­ser Stel­le setzt Timo Ja­eschke in sei­ner Stu­di­en­ar­beit an: Er ent­wirft eine Schal­tung, die einen zuvor am Lehr­stuhl ent­wi­ckel­ten Os­zil­la­tor-Chip an­steu­ert und des­sen Fre­quenz va­ri­iert. Da­durch ent­steht eine sta­bi­le li­ne­ar ver­lau­fen­de Fre­quenz­ram­pe. 

Tren­nung von Nutz- und Stör­si­gna­len

„Je grö­ßer die Band­brei­te die­ser Fre­quenz­ram­pe, desto höher ist auch die Auf­lö­sung“, so Timo Ja­eschke. Bei der Mes­sung von Füll­stän­den kann eine hohe Auf­lö­sung hel­fen, in einem Tank mit vie­len Ein­bau­ten das Nutz­si­gnal bes­ser von mög­li­chen Stör­si­gna­len zu se­pa­rie­ren. Wäh­rend der­zei­ti­ge Ra­dar­sys­te­me Mo­du­la­ti­ons­band­brei­ten von üb­li­cher­wei­se 2 GHz auf­wei­sen, kann Timo Ja­eschke in sei­ner Stu­di­en­ar­beit eine Band­brei­te von 24,5 GHz und damit eine deut­lich hö­he­re Ent­fer­nungs­auf­lö­sung als bis­her ver­füg­ba­re Sys­te­me rea­li­sie­ren.

Neue Ge­ne­ra­ti­on von Ra­dar­sen­so­ren

Die ent­wi­ckel­te Schal­tung eig­net sich auch als Si­gnal­quel­le für bild­ge­ben­de Ra­dar­ver­fah­ren wie ISAR oder SAR. „Dank der ex­trem hohen Band­brei­te und der dar­aus re­sul­tie­ren­den stark ver­bes­ser­ten Auf­lö­sung las­sen sich fast fo­toähn­li­che Ab­bil­dun­gen er­zie­len“, be­rich­tet Timo Ja­eschke. Das sei auch für die Au­to­mo­bil­in­dus­trie in­ter­es­sant: Die Er­geb­nis­se könn­ten die Grund­la­ge für op­ti­mier­te Ra­dar­sen­so­ren zu­künf­ti­ger Fah­re­ras­sis­tenz­sys­te­me bil­den.

Breit­ban­di­ge li­nea­re Fre­quenz­ram­pen als Si­gnal­quel­le

Timo Ja­eschke stu­diert Elek­tro­tech­nik und In­for­ma­ti­ons­tech­nik mit Schwer­punkt Hoch­fre­quenz­tech­nik an der Ruhr-Uni­ver­si­tät Bo­chum. Die Ar­beit mit dem Titel „Rea­li­sie­rung eines Syn­the­se­ge­ne­ra­tors zur Er­zeu­gung li­nea­rer Fre­quenz­ram­pen mit über 20 GHz Mo­du­la­ti­ons­band­brei­te als Si­gnal­quel­le für ein 80 GHz Mil­li­me­ter­wel­len FM­CW-Ra­dar­sys­tem“ wurde durch Dr.-Ing. Nils Pohl vom Lehr­stuhl für In­te­grier­te Sys­te­me be­treut und ent­stand von Mai bis Juli 2010.

Timo Ja­eschke wurde für seine her­vor­ra­gen­de Stu­di­en­ar­beit mit dem Titel „Rea­li­sie­rung eines Syn­the­se­ge­ne­ra­tors zur Er­zeu­gung li­nea­rer Fre­quenz­ram­pen mit über 20 GHz Mo­du­la­ti­ons­band­brei­te als Si­gnal­quel­le für ein 80 GHz Mil­li­me­ter­wel­len FM­CW-Ra­dar­sys­tem“ im Rah­men des EADS-Pro­fes­so­ren­tags in Ulm mit dem CAS­SI­DI­AN Elec­tro­nics ARGUS Award 2010 aus­ge­zeich­net.

Die von Herrn Ja­eschke, unter der Be­treu­ung von Dr.-Ing. Nils Pohl am Lehr­stuhl für Elek­tro­ni­sche Schal­tungs­tech­nik von Herrn Prof. Musch, an­ge­fer­tig­te Stu­di­en­ar­beit stellt die Grund­la­ge für zu­künf­ti­ge FM­CW-Ra­dar­sys­te­me mit bis­her un­er­reich­ter Ent­fer­nungs­auf­lö­sung dar. Durch diese In­no­va­ti­on wird es mög­lich neue An­wen­dungs­ge­bie­te wie z.B. die Pro­zess- und Qua­li­täts­kon­trol­le zu er­schlie­ßen, aber auch in den bis­he­ri­gen An­wen­dungs­ge­bie­ten Ra­dar­sys­te­me ro­bus­ter und ge­nau­er zu ge­stal­ten.

Jury aus Cas­si­di­an-Ex­per­ten und Hoch­schul­pro­fes­so­ren

Cas­si­di­an, ein Toch­ter­un­ter­neh­men des Luft- und Raum­fahrt­kon­zerns EADS, ver­leiht den mit 1.​500 Euro do­tier­ten For­schungs­preis „Argus“ seit 2003 für her­aus­ra­gen­de Ar­bei­ten von Nach­wuchs­wis­sen­schaft­lern im Be­reich der Nach­rich­ten- bzw. Hoch­fre­quenz­tech­nik. Die Jury aus Cas­si­di­an-Ex­per­ten und Hoch­schul­pro­fes­so­ren wür­dig­te in die­sem Jahr die Ar­bei­ten von ins­ge­samt fünf Stu­die­ren­den und Ab­sol­ven­ten der Uni­ver­si­tä­ten Bo­chum, Er­lan­gen-Nürn­berg, Karls­ru­he und Ulm.