Suas antenas de 235 GHz e os principais componentes ativos são integrados em um único CI e, em um desktop, ele mede o alcance até um alvo com precisão inferior a mm, mesmo que o objeto esteja se movendo a 600 m/s – o dobro da velocidade do som.
Esses componentes principais implementam um oscilador de 'travamento por autoinjeção', que explora o efeito às vezes indesejável de 'puxar' o oscilador, onde a variação da carga em um oscilador altera sua frequência.
O oscilador neste caso é um Colpitts diferencial de segundo harmônico ('3' no diagrama) e está conectado a uma antena slot ('1' no diagrama).
Sua potência é transmitida, refletida no objeto e retorna para a mesma antena para voltar ao oscilador.
Ao longo de uma certa faixa de amplitudes refletidas, essa reflexão puxa a frequência do oscilador, oscilando-a entre 234.9 e 235.1 GHz dependendo da fase de retorno.
A frequência varia constantemente com a fase até que, uma vez a cada volta completa ao redor do círculo de fase, a frequência volta repentinamente: de 235.1 a 234.9 GHz ou vice-versa, dependendo da direção em que o alvo estava viajando.
Esses snaps ocorrem a cada 638 μm (λ/2) de deslocamento do alvo – e o processamento de sinal bastante simples produz um pulso de tensão a partir desse snap, cuja polaridade depende da direção do movimento do alvo.
Simplesmente adicionar ou subtrair de um contador, dependendo da polaridade do pulso, mantém o controle da distância do alvo.
Fisicamente, o chip é ligado ao lado plano de uma lente de silício hiper-hemisférica como óptica de foco primária e, em seguida, uma lente secundária de PTFE produz o feixe de radiação paralelo necessário ao radar. O caminho de retorno é uma viagem reversa pela mesma ótica.
A segunda antena na matriz ('2', um dipolo dobrado) é a antena receptora de um radar FMCW que foi construído no mesmo chip.
Seu transmissor usa o mesmo hardware e antena do radar oscilador com travamento automático, reconfigurado para produzir um sinal sonoro de frequência – sua largura de banda é de 230 a 246 GHz.
O IC tem uma área de 0.42 mm2 e consome 186mW. Foi fabricado pela STMicroelectronics em 55nm BiCMOS – e a universidade também trabalhou com King Abdulaziz City for Science e Equipar (KACST) neste projeto.
Documento ISSCC 2024 24.4: Régua sub-THz: Biestabilidade espectral em um oscilador bloqueado por autoinjeção de 235 GHz para alcance ágil e inequívoco
Crédito da imagem: ISSCC 2024, Universidade de Michigan, King Abdulaziz City for Science and Technology (KACST), STMicroelectronics. Os outros objetos na matriz são: um misturador subharmônico (4) e um amplificador de FI de baixo ruído (5).