这个由加州大学戴维斯分校开发的毫米波雷达传感器原型能够测量极小的振动和运动，同时节能且生产成本低廉。来源:加州大学戴维斯分校的Omeed Momeni
加州大学戴维斯分校的科学家们发明了一种概念验证传感器，可能会开启毫米波雷达的新时代。事实上，他们称它的设计是把“不可能的任务”变成可能。
毫米波雷达利用快速移动的电磁波，根据这些波的反射来确定目标物体的运动、位置和速度。毫米波的独特之处在于它们对微小运动的敏锐灵敏度，以及从极小物体上收集数据的熟练程度。
这种新型传感器采用了一种创新的毫米波雷达设计，可以探测到比一根头发小一千倍的振动，以及比一根头发小一百倍的目标位置变化，这使得它比世界上最精确的传感器更好或与之相当。但与同类产品不同的是，这款手机只有芝麻大小，生产成本低廉，电池寿命长。
Omeed Momeni教授和他在电气和计算机工程系的实验室领导了这项工作。这是由食品与农业研究基金会(FFAR)资助的一个正在进行的项目的一部分，该项目旨在开发一种能够跟踪单个植物水分状况的低成本传感器。这种新雷达是证明这是可能的必要的垫脚石。这项研究最近发表在《IEEE固态电路杂志》上。
毫米波是介于微波和红外线之间的电磁频率，范围在30到300千兆赫之间。它可以实现5G等快速通信网络，并且具有近距传感能力。但由于高功耗和半导体在这些频率下的有限性能，它可能很难工作。
在第一年的传感器工作中，团队面临的主要问题是瞄准所需的源。噪音太大了，以至于当研究人员试图捕捉小树叶变薄的微妙信号时，他们的传感器被淹没了。
莫莫尼说:“这似乎真的不可能，因为我们所观察的噪音水平要求非常低，几乎没有信号源可以处理它。”
他们一度不确定是否能克服这一挑战，因为他的团队指出，他们需要制造一种雷达芯片，其功能和精度要比目前最先进的设计高10倍——这似乎依赖于未来几年的技术进步。
有时候，你所需要的只是一个从另一个角度看待问题的想法。在2021年毕业之前，Momeni高速集成系统实验室(Momeni’s High-Speed Integrated Systems Lab)的电气工程博士生王浩(Hao Wang)参与了传感器项目。
有一天，在与陌陌会面时，王有了一个突破技术限制的灵感:为什么不用它来消除噪音呢?从理论上讲，这将解决他们的传感器面临的问题，王正在为他的论文完成一个芯片设计。
“这不是凭空产生的，这是一个全新的概念，”王说。“这是基于我们(Momeni实验室)多年来的研究积累，然后你会进行更多的创新。”
实验室迅速组装了一个原型来测试王的想法。他们第一次尝试就成功了。
原型机之所以成功，是因为它允许他们像处理简单的算术问题一样处理传感器接收到的噪音量。他们在保持测量灵敏度和数据完整性的同时减去了不必要的噪声。
有了这项技术，毫米波传感器就可以探测到所需的所有信息，而不会被噪音“淹没”。这一创新为传感器的高准确率提供了动力。
Wang的芯片生产简单，具有独特的设计，大大提高了毫米波传感器的能量效率。这些额外的进步可能会解决毫米波传感器面临的两个最重要的问题:高能耗和半导体晶体管在噪声、增益和输出功率方面的有限性能。
随着团队继续完善和迭代他们的设计，他们对研究人员进行实验感到兴奋。在他们的FFAR项目之外，他们认为它有希望检测建筑物的结构完整性和改进虚拟现实，但他们相信它的潜力远远超过他们意识到的。
参考文献:“基于无正交边缘驱动相位解调器的高精度敏感毫米波位移传感多普勒雷达”，作者:Hao Wang, Hamidreza Afzal和Omeed Momeni, 2023年4月25日，IEEE固态电路杂志。DOI: 10.1109 / JSSC.2023.3266704
这项研究是由食品和农业研究基金会资助的。分享推特reddit电子邮件分享
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