据麦姆斯咨询报道@@，美国加州大学戴维斯分校@@（University of California, Davis）的研究人员近期开发了一种概念验证传感器@@@@，有望开创毫米波雷达@@的新时代@@。他们评价这种新设计为@@“不可能完成的任务@@”。
毫米波雷达@@通过向目标发送快速传播的电磁波@@，再由反射回来的电磁波分析目标物体的运动@@、位置和速度@@。毫米波的优势在于对微小运动的天然灵敏度@@，以及聚焦并感知微观物体数据的能力@@。
这种新型传感器@@采用了创新的毫米波雷达@@设计@@，能够检测到比头发丝小一千倍的振动位移@@，小一百倍的目标位置变化@@，使其探测性能比肩甚至超越当前世界上最精确的传感器@@@@。然而@@，与@@同类产品不同的是@@@@，这款产品的尺寸仅为芝麻粒大小@@，并且生产成本低@@、功耗低@@。
这项研究工作由美国加州大学戴维斯分校@@电气和计算机工程系的@@Omeed Momeni教授领导完成@@。该研究隶属于食品与@@农业研究基金会@@（FFAR）资助的正在进行中的项目@@，该项目旨在开发一种能够跟踪植物水分状况的低成本@@传感器@@@@。Momeni教授领导开发的这款新型毫米波雷达@@是@@证明该项目可行性的基础之一@@。这项研究成果已发表于近期的@@IEEE Journal of Solid-State Circuits。
新型毫米波雷达@@能效高且生产成本低@@
毫米波雷达@@面临的挑战@@
毫米波是@@介于微波和红外线之间的电磁波@@，波长为@@1~10 mm，频率范围覆盖@@30~300 GHz。它可以实现@@5G等高速通信网@@络@@，同时@@，凭借其短距离传感能力而备@@受关注@@。不过@@，由于高功耗问题@@，以及在其频率下半导体的性能限制@@，在实际应用@@中面临困难@@。
该项目旨在寻求一种实用@@、低成本@@、紧凑且非侵入性的检测方法@@，来测量植物的水分状况@@，以优化灌溉@@。研究团队提出了一种雷达检测方案@@，利用超短距离雷达来测量叶片厚度和体积含水量的变化@@，进而计算叶片中的相对含水量@@。在研制该传感器@@的第一年中@@，研究人员面临的问题主要集中在所需要的信号源@@。当研究人员尝试捕捉一小片叶片变薄过程中的细微信号@@时@@，噪音太大@@，以至于传感器@@直接被淹没@@了@@。
Momeni教授表示@@：“当时@@看起来似乎真的是@@@@‘不可能完成的任务@@’，因为我们所观测的噪音水平要求太低@@，几乎没有信号源能够真正进行处理@@。”
因此@@，他们一度不确定是@@否能克服这一挑战@@。Momeni教授团队指出@@，他们需要构建一种在功能和精度方面比目前最先进设计强@@10倍的雷达芯片@@。
有时@@，解决问题可以从另一个角度着手@@。Hao Wang是@@Momeni教授高速集成系统实验室的电气工程博士生@@，他在@@2021年毕业前曾投身该传感器@@项目@@。
有一天@@，Hao Wang与@@Momeni教授交流时@@，灵光乍现想出了绕过技术@@限制的思路@@：为什么不自己消除噪音@@？这能从理论上解决其传感器@@面临的问题@@，当时@@，Hao Wang正在为完成论文进行芯片设计@@。
“这不是@@凭空想象@@，这是@@一种全新的概念@@。”Hao Wang解释说@@，“这是@@基于@@Momeni教授实验室多年来在研究中积累的经验@@，并在此基础上进行的创新@@。”
Momeni教授实验室迅速构建了一个传感器@@原型@@，来测试@@Hao Wang的想法@@。令人欣喜的是@@@@，他们第一次尝试就成功了@@。
这款原型之所以能成功@@，是@@因为它能够像处理简单的算术问题一样处理传感器@@接收到的噪声量@@。它除去了不必要的噪声@@，同时@@保持了测量灵敏度和数据的完整性@@。
凭借这项技术@@@@，毫米波雷达@@传感器@@可以检测所需要的所有信息@@，而不会被噪音@@“淹没@@”。这一创新为传感器@@提供了高准确率@@。其雷达传感器@@能够在测量中实现@@4 μm静态距离精度和@@39 nm（10 kHz）振动距离灵敏度@@。
Hao Wang设计的芯片生产简单@@，设计独特@@，大大提高@@了毫米波传感器@@的能效@@。这些额外优势可以解决毫米波传感器@@面临的两个重要问题@@：高能耗@@，以及半导体晶体管在噪声@@、增益和输出功率方面的限制@@。
研究团队正在进一步完善并迭代他们的设计@@，他们很高兴研究人员能对其进行应用@@实验@@。除了@@FFAR项目之外@@，研究人员认为这款毫米波雷达@@有望用于建筑结构的完整性检测@@，以及改善虚拟现实@@（VR）应用@@，相信其潜力远超想象@@。
本文转载自@@：MEMS微信公众号@@