Systemgrenzen und Fehlerkompensationsstrategien der Sechstormesstechnik im industriellen Kontext
Stefan Lindner
Die sechstorbasierte Empfängerarchitektur ist bereits seit den siebziger Jahren bekannt und erlangte in den vergangenen Jahren weltweit wieder vermehrt die Aufmerksamkeit verschiedener Forschungsgruppen. Dies liegt zum einen darin begründet, dass die Implementierung der Technologie in dem für neue Anwendungen oft verwendeten Frequenzbereich oberhalb von 10 GHz einfach möglich ist, und zum anderen daran, dass das hohe Phasenauflösungsvermögen dieser Architektur bereits vielfach gezeigt werden konnte. Durch diese Eigenschaften eignet sich die Sechstortechnik besonders für das sich in Entwicklung befindliche Feld der mikrowellenbasierten industriellen Sensorik. Hierfür werden günstige Sensoren mit kleinen Bauformen benötigt, an die hohe Anforderungen bezüglich Genauigkeit und Latenz gestellt werden. Inwieweit das Sechstor dazu geeignet ist, ist Untersuchungsgegenstand dieser Abhandlung. Nach einer Einführung in die Funktionsweise der Architektur folgt zu diesem Zweck ein Vergleich, der die Vorteile des additiven Mischansatzes der Sechstortechnologie gegenüber einem ebenfalls passiven, jedoch multiplikativen Mischer zeigt. Anschließend werden für die industrielle Sensorik wichtige Messaufgaben, wie die Frequenzmessung, die hochgenaue Abstandsmessung sowie die Vibrationsanalyse und deren jeweilige Implementierungen mit der Sechstorarchitektur, eingeführt. Außerdem werden verschiedene Fehlereinflüsse untersucht und angepasste Linearisierung- und Kompensationsstrategien vorgestellt. Um die Realisierbarkeit der dargestellten Anwendungen zu beweisen, werden ausgewählte Demonstratoren und deren Ergebnisse dargestellt. Diese zeigen für die Abstandsmessung Genauigkeiten von wenigen Mikrometern und für die Frequenzmessung einen relativen Fehler weniger ppm. Darüber hinaus wird auch ein erster Prototyp und dessen optimierter Entwicklungsprozess für einen industriellen Abstandssensor vorgestellt, der auf der Sechstortechnik beruht und eine erste kommerzielle Realisierung dieser Technik für die Abstandsmessung darstellt.
