Das Jedermann-Radar
Radar-Chips in Autos können Leben retten, wenn sie in so genannten aktiven Notbremsassistenten eingebaut sind. Bislang waren sie jedoch so teuer, dass sie nur in Luxuslimousinen zum Einsatz kamen. Forscher der Firma Infineon haben das geändert.
"Das, was Sie hier sehen, das ist ein Messplatz, um Testschaltungen zu charakterisieren. Wir entwickeln hier gerade die nächste Generation an Radar-Chips. Das ist ein extrem aufwendiger, teurer Messplatz. Hier kosten Kabel keine 20 Euro, hier kosten sie drei-, viertausend Euro."
Der Messplatz, den Ralf Bronefeld im Hochfrequenzlabor der Firma Infineon bei München beschreibt, ist etwa so groß wie ein Esstisch. Es ragen Kabel aus ihm heraus, eine Tastatur und Monitore. Einer von ihnen zeigt eine Reihe von Mikrochips, die gerade getestet werden. Und zwar unter harschen Bedingungen: Temperaturen von Minus 40 bis Plus 120 Grad müssen diese Chips aushalten, denn sie sind für die Autoindustrie gedacht. Dank ihrer können Autos in die Ferne blicken.
"Damit ist es möglich, Radarstrahlen auszusenden über eine sehr große Distanz bis zu 250 Meter heute. Das heißt, Sie wissen mit dem Radarsystem ganz genau: Wo sind da Objekte auf der Straße vor Ihnen? Und damit kann man sehr gut Situationen vorherahnen, die kritisch werden können."
Früher Luxus, jetzt erschwinglich
Auf dieser Grundlage funktionieren zum Beispiel Notbremsassistenten. Bei Infineon schätzt man, dass im kommenden Jahr jeder zwanzigste Neuwagen mit den hauseigenen Chips in die Ferne schauen wird, darunter Kleinwagen. Das ist ein großer Schritt, denn früher waren Radarsysteme dem Luxus-Segment vorbehalten.
Als Daimler 1998 eine S-Klasse mit Radar auf dem Markt brachte, kostete das 5000 Mark Aufpreis. Der Grund: Die Chips müssen mit einer sehr hohen Frequenz arbeiten.
"Die Radarchips senden und empfangen bei 77 GHz, bei 77 Milliarden Schwingungen pro Sekunde. Innerhalb dieser Chips werden diese Schwingungen generiert, was nicht ganz einfach ist, Sie können sich vorstellen: 77 Milliarden Mal pro Sekunde ist sehr anspruchsvoll."
Diese Frequenzen sind für Autoradar reserviert. Und weil es so anspruchsvoll ist, sie zu erzeugen, waren die ersten Radar-Chips für Autos aus exotischen Materialen gefertigt. Das machte sie kompliziert und teuer.
"Die ersten Radar Systeme basierten auf einer Halbleitertechnologie, die Gallium-Arsenit heißt. Das ist eine Spezialtechnologie, die kannte man aus der Satellitentechnik und anderen Nischenmärkten, wo Kosten nicht die Rolle spielen."
Ungefähr zu dieser Zeit – in den Neunzigern – haben sich die Entwickler beim Münchner Chiphersteller daran gemacht, die Radar-Technologie massentauglich zu gestalten. Um das zu schaffen, mussten sie die Chips aus dem Material herstellen, auf dem praktisch die ganze Halbleitertechnik basiert: Silizium.
"Das galt als Ding der Unmöglichkeit, dafür gibt es technische Gründe. Das Besondere an dem Gallium-Arsenit im Vergleich zum Silizium ist, dass die so genannte Elektronenbeweglichkeit – also wie schnell die Elektronen durch die Schaltkreise flitzen können – dass das deutlich höher ist als in dem Silizium. Deswegen kann man in Silizium nicht so hohe Frequenzen darstellen wie in dem Gallium-Arsenit."
Silizium-Germanium hilft bei hohen Frequenzen
Doch die Ingenieure und Wissenschaftler fanden eine Lösung: Für die Teile, die die hohen Frequenzen verarbeiten, nutzten sie das Material Silizium-Germanium. Es kommt mit den Schwingungen klar und lässt sich in ähnlichen Prozessen verarbeiten wie Silizium.
Zehn Jahre arbeiteten sie an den Feinheiten der Produktion. 2009 kam der erste massentaugliche Radar-Chip mit dieser Technologie auf den Markt. In diesem Jahr hat er seinen Entwicklern eine Nominierung für den Deutschen Zukunftspreis eingebracht. Doch damit ist die Arbeit noch nicht beendet.
"In der nächsten Generation werden wir zwei Dinge verändern: Wir werden die Basistechnologie in ihrer Fähigkeit, hohe Frequenzen zu verarbeiten, nochmal verbessern. Das hat den Vorteil, dass die Chips dann weniger Wärme generieren und damit die Module sich noch kleiner und einfacher und kostengünstiger bauen lassen. Und wir werden die Funktionen, die man heute typisch in zwei, drei Chips integriert, die werden wir alle in einem Chip reinpacken."
Auf dem Weg zum autonomen Auto
Dadurch sollen die Radar-Sensoren simpler und schneller werden und auch neue Anwendungen ermöglichen. Das Auto soll nicht mehr nur nach vorne schauen.
"Wir sehen einen Trend, der einen Sicherheitskokon um das Auto schafft, um zum Beispiel Fahrradfahrer zu schützen. Sie kennen diese kritische Situation: Sie biegen nach rechts ab, sehen gar nicht den Fahrradfahrer und der kommt zu Tode, weil er unter das Auto kommt, oder wird schwer verletzt."
Ein Auto mit Radar-Rundumsicht könnte den Fahrer bei solchen Situationen warnen oder gleich selbst bremsen. Und natürlich denken die Entwickler auch an eine Technologie, die heute in aller Munde ist: Das autonome Auto. Denn das wird verschiedene Sensoren brauchen, um sich ein Bild der Straße zu machen. Radartechnik wird ein Teil davon sein.
