Dank Hochfrequenz wird Kommunikation ins All möglich

Physik-News vom 17.10.2019


Wir nutzen sie jeden Tag: Niederfrequenzen - über einzelne oder mehrere Antennen mit verschiedenen Frequenzhöhen. Um aber bei extremen Wetter- und Klimabedingungen oder über eine Entfernung von 36.000 Kilometern, beispielsweise eine Kommunikation mit Satelliten im All zu ermöglichen, haben Fraunhofer-Forscher zusammen mit IMST, HISATEC GmbH und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt neuartige Antennen-Frontend-Module entwickelt.

Bei Niederfrequenzen, die beispielsweise via Smartphone übertragen werden, gibt es nur eine Antenne, die Daten von A nach B sendet. Das Problem: Die Frequenz-Bänder sind heute nicht mehr in der Lage, die Datenmengen zu übertragen, die unsere Gesellschaft benötigt. Aus diesem Grund werden vor allem im Satelliten- aber auch Mobilfunkbereich, etwa bei 5G, höhere Frequenzen verwendet, um eine größere Bandbreite zur Verfügung zu stellen.


Radarmodul zur flexiblen Fokussierung des Sendepfades

Publikation:


Susann Thoma
Dank Hochfrequenz wird Kommunikation ins All möglich
Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM

Neuartige Anwendungen wie etwa Satcom Q/V/W-Bänder benötigen eine höhere Leistung, um die bei langen Sendestrecken extrem ansteigende Freiraumwellendämpfung zu kompensieren. Daher versuchen Forschung und Industrie, den Sendepfad zu fokussieren, wie in einer Linse. Diese Linse entsteht durch das Zusammenschalten mehrerer Antennen, deren Strahlen sich zu einem Punkt ergänzen, so dass eine exakte Fokussierung entsteht. Dank dieser Antennenstruktur - einer Kombination aus Antennen und zusätzlichen Signalquellen - ist die Datenübertragung über lange Wegstrecke möglich. Bewegt sich jedoch die Sende-Empfangseinheit, wie etwa in mobilen Anwendungen, stellt die exakte Fokussierung eine besondere Herausforderung dar.

Genau hier setzen die Forscherinnen und Forscher in der Abteilung R3S des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM an: Sie haben die Antennenstruktur steuerbar gemacht und die Kommunikation über weite Wegstrecken mit hohen Datenmengen kosteneffizienter gestaltet. Das Projekt AVISAT (kurz für Aufbau- und Verbindungstechnik-Konzept für Innovative Satcom-Antennen-Terminals) zielte auf hochfrequente Satellitenkommunikation, die den Aufbau eines Kommunikationspfades über eine 36.000 km weite Strecke ermöglicht. Dafür wurden bereits verschiedene Module erstellt, zum einen für K/KA (20/30 GHz) und zum anderen für Q/V-Bänder (60 GHz).

Erfolge kann die Forschungsgruppe schon jetzt benennen: „Hochfrequenz umgibt uns alle und wir brauchen sie für die Zukunft, um die immer weiter ansteigenden Datenmengen über einen Stream zu ermöglichen, der Bewegungen über weite Entfernungen Stand hält. Somit können künftig nicht nur Fahrzeuge Daten von Satelliten empfangen, sondern beispielsweise auch Schiffe, die starkem Wellengang ausgesetzt sind.“, so Gruppenleiter Christian Tschoban.

Das vierjährige Projekt hat in diesem Jahr seinen Abschluss gefunden. Als Projektpartner aus der Industrie waren IMST – bekannt als Entwicklungshaus für Hochfrequenzschaltungen, Hisatec als Antennensystemanbieter, Funkmodule und Kommunikationssysteme – und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt auf bundesweiter Ebene beteiligt.


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