De 235GHz-antennes en de actieve kerncomponenten zijn geïntegreerd op één enkele IC, en over een desktop meet het het bereik naar een doel met een nauwkeurigheid van minder dan een millimeter, zelfs als het object beweegt met een snelheid van 600 m/s – tweemaal de snelheid van het geluid.
Deze kerncomponenten implementeren een 'zelfinjectie-vergrendelende' oscillator, die gebruik maakt van het soms ongewenste effect van 'trekken' van de oscillator, waarbij het variëren van de belasting van een oscillator de frequentie ervan verandert.
De oscillator is in dit geval een differentiële tweede harmonische Colpitts ('3' in het diagram) en is bevestigd aan een slotantenne ('1' in het diagram).
De kracht ervan wordt verzonden, gereflecteerd door het object en keert terug naar dezelfde antenne om weer in de oscillator terecht te komen.
Over een bepaald bereik van gereflecteerde amplitudes trekt deze reflectie de frequentie van de oscillator omhoog, waardoor deze tussen 234.9 en 235.1 GHz schommelt, afhankelijk van de fase van de terugkeer.
De frequentie varieert gestaag met de fase, totdat de frequentie, na elke volledige draai rond de fasecirkel, plotseling terugspringt: van 235.1 naar 234.9 GHz of omgekeerd, afhankelijk van de richting waarin het doel zich bewoog.
Deze snaps vinden plaats elke 638 μm (λ/2) doelverplaatsing – en vrij eenvoudige signaalverwerking produceert een spanningspuls uit deze snap, waarvan de polariteit afhangt van de bewegingsrichting van het doel.
Door simpelweg een teller op te tellen of af te trekken, afhankelijk van de pulspolariteit, wordt de doelafstand bijgehouden.
Fysiek is de chip verbonden met de platte kant van een hyperhemisferische siliciumlens als primaire focusseringsoptiek, waarna een secundaire PTFE-lens de parallelle stralingsbundel produceert die de radar nodig heeft. Het retourpad is een omgekeerde reis door dezelfde optiek.
De tweede antenne op de chip ('2', een gevouwen dipool) is de ontvangstantenne voor een FMCW-radar die op dezelfde chip is gebouwd.
De zender gebruikt dezelfde hardware en antenne als de zelfinjectie-vergrendelende oscillatorradar, opnieuw geconfigureerd om een frequentie-tjilp te produceren – de bandbreedte is 230 tot 246 GHz.
Het IC heeft een oppervlakte van 0.42 mm2 en verbruikt 186mW. Het werd vervaardigd door STMicroelectronics in 55 nm BiCMOS – en de universiteit werkte ook samen met King Abdulaziz City voor wetenschap en Technologie (KACST) over dit project.
ISSCC 2024-document 24.4: Sub-THz-liniaal: spectrale bistabiliteit in een 235GHz zelf-injectie-vergrendelde oscillator voor wendbaar en ondubbelzinnig bereik
Afbeelding tegoed: ISSCC 2024, Universiteit van Michigan, King Abdulaziz City for Science and Technology (KACST), STMicroelectronics. De andere objecten op de chip zijn: een subharmonische mixer (4) en een IF-versterker met lage ruis (5).