Ultra-Wideband-Tracking Höhere Präzision bei der UWB-Ortung durch besseres Antennendesign

Eine präzise UWB-Ortung in kompakten Formfaktoren scheitert oft an physikalischen Hürden wie Körperabsorption und Detuning. Platzierte Tags direkt auf biologischem Gewebe oder Metall kämpfen mit einer geringeren Signalqualität. Ein verbessertes Antennendesign löst diese Probleme und verbessert das Link-Budget.

Das Hauptproblem jeder Funkübertragung in Körpernähe ist das elektromagnetische Nahfeld. Biologisches Gewebe wirkt aufgrund seines hohen Wassergehalts ist ein starker Absorber, was bei herkömmlichen UWB-Antennen zu einem signifikanten Verlust der Abstrahleffizienz führt. Hinzu kommt das Problem der Non-Line-of-Sight-Bedingungen (NLoS): Sobald sich das zu trackende Objekt bewegt oder durch ein Hindernis verdeckt wird, verliert ein Standard-System die stabile Verbindung. In der Praxis oder wenn mobile Assets verfolgt werden, führt das entweder zu Datenlücken oder zu einem drastisch steigenden Energieverbrauch, da das System versucht, die Verluste durch häufigere Sendezyklen zu kompensieren.

Elektromagnetische Wellen umfließen den Körper

Hier setzt die von AntennaWare entwickelte BodyWave-Technologie an. Die Ingenieure haben ein Antennendesign entworfen, das speziell darauf optimiert ist, die elektromagnetischen Wellen so zu formen, dass sie die Barriere des Körpers oder der Montageoberfläche gewissermaßen umfließen. Im direkten Vergleich zu herkömmlichen Chip-Antennen verbessert sich das Link-Budget um 6 bis 12 dB. Für Systementwickler ist der Wert eine entscheidende Größe: Ein Gewinn von 6 dB korrespondiert physikalisch bereits mit einer Verdoppelung der Reichweite im freien Raum oder ermöglicht es umgekehrt, die Sendeleistung bei gleichbleibender Reichweite massiv zu senken, was die Batterielaufzeit der Endgeräte entscheidend verlängert.

Wie leistungsfähig dieser Ansatz unter Realbedingungen ist, demonstriert das TagRanger-System von Icoteq. Das System nutzt eine hybride Funkarchitektur, die für viele IoT-Szenarien beispielhaft sein könnte. Die weitreichende Kommunikation und die Übertragung von Telemetriedaten erfolgen über das stromsparende LoRaWAN-Protokoll, während die UWB-Einheit erst im Nahbereich für die hochpräzise Lokalisierung aktiviert wird. Erst durch die Integration der spezialisierten UWB-Antennen konnte sichergestellt werden, dass die Ortung auch dann stabil bleibt, wenn das Tag unter dichtem Bewuchs oder in einer für Funkwellen ungünstigen Position zum Liegen kommt. In Feldversuchen konnte so ein verloren gegangener Tracker selbst im schwierigen Umfeld zentimetergenau aufgespürt werden.

Homogenes Abstrahlverhalten

Ein entscheidender technischer Aspekt, den Icoteq-Geschäftsführer Craig Rackstraw hervorhebt, ist die Homogenität des Abstrahlverhaltens. Viele kompakte Antennen weisen ausgeprägte Nullstellen im Diagramm auf, in denen fast keine Energie abgestrahlt wird. Durch die BodyWave-Technologie konnte ein nahezu ideales 360-Grad-Diagramm erzielt werden. Dank der Gleichmäßigkeit ist es möglich, Entfernungen (Ranging) verlässlich zu messen und Sprünge bei der Positionsbestimmung zu verhindern, die durch wechselnde Orientierungen des Tags entstehen.

Der Einsatz der Technik reicht bei weitem über die ökologische Forschung hinaus. Was bei Wildtieren funktioniert, ist im Grunde eine Steilvorlage für industrielle Anwendungen. Denn dabei spielt es keine Rolle, ob Mensch oder Tier. Das physikalische Problem bleibt das Gleiche. Wer versucht, Funklöcher oder Signalverluste einfach mit mehr Sendeleistung zu erschlagen, bekommt ein Problem mit der Batterielaufzeit. Der bessere Weg führt über das HF-Design. Wenn die Antenne so konstruiert ist, dass sie mit schwierigen Oberflächen und Blockaden klarkommt, wird das gesamte System nicht nur präziser, sondern auch deutlich langlebiger. Am Ende entscheidet eben nicht die Größe des Akkus über den Erfolg eines Tracking-Systems, sondern das ausgeklügelte Antennendesign. (heh)

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