Phased-Array-Antennen für 6G: Forscher der Princeton Universität läuten die Zukunft ein

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Forschern der US-Universität Princeton ist es gelungen, 6G fähige Phased-Array-Antennen in einer Dünnschicht-Lösung zu entwickeln. Mit ihnen kann eine bessere Datenübertragung bei 5G IoT-Vernetzungen erreicht und zukünftig sogar 6G-Dienste möglich werden.

IoT: Trend aber anfällig

Das Internet der Dinge und seine vielbeschworenen fantastischen Möglichkeiten sind in aller Munde, aber noch verhindern Kleinigkeiten die endgültige Etablierung als flüssig laufenden Standard. Immer mehr Einsatzgebiete der neuen Technik werden erdacht, aber gleichzeitig krankt sie an den Grundlagen. Da werden einerseits Ideen für Echtzeit-Anwendungen entwickelt, wie z. B. medizinische Implantate, die ihre Messdaten an Ärzte, Krankenhäuser oder auch nur Smartphones schicken können. KI-gestützte Industrieanalagen, die mit ihren Betreibern kommunizieren und sich bezüglich Leistung, Materialbedarf und Verschleiß vorausschauend warten lassen. Oder Haushaltsgeräte, wie z.B. intelligent vernetzte Kühlschränke, Heizungen oder Lüftungsanlagen, die sich aus der Ferne oder vollautomatisiert betreiben lassen. Andererseits sind all diese modernen Produkte noch immer stark davon abhängig, wie gut ausgebaut und zuverlässig das sie versorgende Netz um sie herum ist. Von den Sicherheitsaspekten in vielen Fälle ganz zu schweigen.

6G-IoT: Neue zuverlässige Datenübertragungswege gesucht

Die Forscher der Princeton University haben es sich deshalb zur Aufgabe gemacht, Mittel und Wege zu finden, um derartige Funklöcher zukünftig schließen zu können. Die Wissenschaftler vermuten, dass große Elektronik hierfür der rettende Schlüssel sein könnte. Deshalb versuchten sie möglichst viele Halbleiter in Reihe auf elastische und vielseitig einsetzbare Grundlagen zu schalten. Aber dieser Praxistest brachte leider nicht die gewünschten Ergebnisse.

Die Probleme bei dem Versuch speisten sich bereits aus den Grundkonstruktionen der verwandten Materialien. Standardisierte, siliziumbasierte Halbleiter können zwar in hohen 5G kompatiblen Funkbereichen senden, aber sie sind nicht unbegrenzt gestaltbar. Sie lassen sich maximal in einigen Zentimetern Breite herstellen. Auch ihre energieeffiziente Schaltung in Feldern, sogenannten Arrays brachte nicht den erwünschten Effekt. Die Integration von hunderten kleinen Mikrochips war letztlich einfach zu kostenintensiv, sie arbeiteten nicht zuverlässig genug und waren nicht wirklich skalierbar.

IoT-6G: phasengesteuerte Dünnschichttechnologie als Lösung

Die Lösung für diese Problematik könnte bei Dünnschichttransistoren zu finden sein. Einer Technologie, die bereits seit vielen Jahren erprobt und verlässlich im Einsatz ist. Sie findet ihre Anwendung vor allem in Monitoren von Computern und LCD-Bildschirmen. Die Forscher wandelten diese Technik so ab, dass sie für den Wireless-Einsatz nutzbar gemachten werden können. Dabei bauten die Elektrotechnikingenieure eine 30 Zentimeter lange Reihe von Antennen aus Zinkoxid-Dünnschichttransistoren in einer phasengesteuerten Anordnung.

Das Kennzeichen phasengesteuerter Gruppen von Antennen ist die Fähigkeit, Signale mit schmalem Strahl senden zu können. Hierbei lassen sich die Aussendungen digital programmieren, um erwünschte Frequenzen und Zielrichtungen festlegen zu können. Jede Antenne in der Gruppe funkt dabei Signale zu einer weiteren Antenne mit einer vorab bestimmten Latenz. Die dabei entstehende Überlagerung führt zu einem kontinuierlich elektromagnetischen Strahl. Die so in jede benötigte Richtung lenkbaren Sendungen ermöglichen eine drahtlose Ende-zu-Ende-Verbindung .

Phased-Array-Antennen: Aussichtsreiche Praxis-Anwendungen

Die Phased Array Antennentechnologie ist keine neue Entwicklung. Seit Dekaden lässt sich ihr Einsatz in verschiedenen Long Distance Communication-Systemen beobachten. Sie findet sich in Mobilfunksystemen ebenso wie in der Radartechnik oder bei Satelliten. Die disruptive Innovation, die jedoch den Computertechnikern in Princeton gelungen sein könnte, ist die Implementierung der Technologie in biegsame und großflächige Materialien. In dem Experiment wurde das Produkt in einer Glaslösung erprobt. Aber auch Kunststoffe wären als Grundlage denkbar. So glauben die Forscher ihre Antennen bald auch in eine Art neuer Tapete einbauen zu können. Damit könnten dann nicht nur normale IoT-fähige Endgeräte zur Raumklimaüberwachung oder Mobilitätsnachverfolgung sicherer, energieeffizienter, schneller und kostengünstiger verbunden werden. Auch Immobilien- oder Flugzeugoberflächen könnten damit ausgekleidet werden.

Über den Autor

Marius Beilhammer, Jahrgang 1969, studierte Journalismus in Bamberg. Er schreibt bereits viele Jahre für technische Fachmagazine, außerdem als freier Autor zu verschiedensten Markt- und Businessthemen. Als fränkische Frohnatur findet er bei seiner Arbeit stets die Balance zwischen Leichtigkeit und umfassendem Know-how durch seine ausgeprägte Affinität zur Technik.

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