Physik austricksen: Antennen für extrem kleine Geräte sind erfunden

Wlan, Funk, Sender, Antenne Bildquelle: clipartist.info
Um vernetzte Geräte noch kleiner und kompakter hinzubekommen, müssen nicht nur die Elektronik-Bauteile kleiner werden. Eine physikalische Hürde liegt auch in der Größe und Form der Antennen für die drahtlose Daten-Kommunikation. Hier gibt es nun aber einen gewaltigen Schritt nach vorn.

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Antennen funktionieren im Groben so, dass eine einlaufende elektromagnetische Welle in ihnen eine Spannung aufbaut. Damit dies geschieht, muss sie allerdings die passende Größe zur jeweiligen Wellenlänge haben. Es ist zwar möglich, die Antennen kleiner zu konstruieren, doch nimmt die Empfangsleistung dann rapide ab.

Wissenschaftler der Northeastern University in Boston haben allerdings einen Ansatz entwickelt, mit dem sie auch bei winzigen Antennen gute Leistungen erreichen. Dafür mussten sie allerdings auf einen komplett neuen Ansatz wechseln. Die elektromagnetischen Wellen werden von der neuen Bauform schlicht wie Schallwellen behandelt, die bei gleicher Frequenz eine sehr viel kleinere Wellenlänge aufweisen, da sie sich ja nicht mit Licht-, sondern nur mit Schallgeschwindigkeit ausbreiten. Die empfangende Antenne selbst kann dadurch gut hundert mal kleiner sein als bisher.


Erfolgreich mit Audio

Damit das letztlich physikalisch funktioniert, mussten die Forscher zu einem Trick greifen, der die elektromagnetische Welle tatsächlich in eine Schallwelle umwandelt. Das System verfügt dafür vorgelagert über eine Membran aus einem piezomagnetische Material. Die elektromagnetische Welle erzeugt in diesem keine Spannung, sondern sorgt für eine Größenänderung, so dass faktisch eine akustische Schwingung entsteht, die dann empfangen werden kann. Das ganze Prinzip funktioniert auch andersherum, so dass auch das Senden möglich ist.

Die größte Herausforderung habe nach Angaben der Forscher darin bestanden, das richtige Material für das piezomagnetische Material zu finden. Man landete letztlich bei einem Werkstoff aus Eisen, Gallium und Brom. Im Ergebnis konnten bis jetzt zwei verschiedene Antennenformen entwickelt werden. Eine runde Membran arbeitet in Gigahertz-Bändern und kann so beispielsweise sehr kleine WLAN-Module ermöglichen. Bei rechteckiger Form funktioniert das Prinzip hingegen sehr gut in Megahertz-Bereichen, worüber teils auch der Mobilfunk abgewickelt wird.

Jede dieser beiden Antennen ist weniger als einen Millimeter groß und beide Bauformen können problemlos auf einem Chip mit untergebracht werden. Bei Labortests mit einem 2,5-Gigahertz-Signal erwies sich das neue System als rund hunderttausendmal effizienter als eine herkömmliche Antenne von gleicher Größe. Wlan, Funk, Sender, Antenne Wlan, Funk, Sender, Antenne clipartist.info
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