Eine neue Antenne für eine mobile Welt
Unsere Kommunikationsinfrastruktur von heute ist nicht ausreichend in der Lage, mit der Nachfrage der Gesellschaft nach schnellerem und immer mobilerem Datenverkehr Schritt zu halten. Um Lösungsansätze zu vorzugeben, hat das EU-finanzierte PHASOR-Projekt die weltweit erste kostenwirksame, elektronisch steuerbare, digitale, phasengesteuerte Niedrigprofilantenne entwickelt, die superschnelle Satellitenkommunikation für unterwegs bereitstellen kann. „Mit dem Einsatz innovativer Alternativen zu den Standard-Mikrochiptechnologien hat PHASOR die Grundidee der Antenne radikal neu überdacht und es so ermöglicht, mit beinahe jeder Fahrzeugoberfläche Satellitensignale zu senden und zu empfangen“, erläutert Projektkoordinator David Garrood. „Aufgrund dessen ist die Kommunikation mit hoher Bandbreite von unterwegs nun schneller, kostengünstiger, zuverlässiger und vor allem überall verfügbar.“ Technik in der Entwicklung Satellitenkommunikationstechnik stellt die Anforderung, dass ein schmaler Hochfrequenzstrahl (HF) auf den Satelliten fokussiert wird. Dazu nutzt man im Normalfall die klassische Satellitenschüssel. Bewegt sich jedoch der Nutzer oder der Satellit, wird es extrem schwierig, den HF-Strahl auf den Satelliten fokussiert zu halten. Zum Ausgleich verwendet man bei üblichen Kommunikationssystemen für unterwegs ein motorisiertes Kardangelenk, das die Antenne auf den Satelliten ausrichtet, und zwar ganz unabhängig davon, wie oder wohin sich der Nutzer bewegt. Bei dieser Methode besteht das Problem jedoch darin, dass diese beweglichen Teile regelmäßig Wartung brauchen. Phased-Arrays auf dem Vormarsch Phased-Arrays erzeugen diese Ausrichtung oder Strahlsteuerung mit Hilfe einer Anordnung winzig kleiner feststehender Antennen. Durch elektronische Änderung der relativen Phase des von jedem Element übertragenen Signals erzeugt die Kombination all dieser kleinen Signale einen größeren, stärker fokussierten Strahl in eine bestimmte Richtung. „Da dieser Prozess vollständig elektronisch abläuft, kann die resultierende Strahlrichtung verzögerungsfrei gesteuert und in jede beliebige Richtung gelenkt werden“, erklärt Garrood. „Auf diese Weise kann die Bewegung jedes Satelliten am Himmel nachverfolgt werden, ganz unabhängig davon, wie oder wohin man sich bewegt, und ohne dass bewegliche mechanische Teile erforderlich sind.“ Die Herausforderung bei der Lösung mit Phased-Arrays besteht darin, dass das System groß und kostenintensiv ist. Gesucht wird eine Möglichkeit zur Miniaturisierung der Technologie bei gleichzeitiger Beibehaltung – wenn nicht sogar Verbesserung – ihrer Leistungsfähigkeit und Kostendämpfung. Antenne ganz neu definiert Das kompakte PHASOR-Antennensystem verfügt über keinerlei bewegliche Teile. Anstelle dessen besteht es aus einer Anzahl von kleineren, wiederholten Modulen, von denen jedes auf zwei gedruckte Leiterplatten (Printed Circuit Boards, PCB) passt. Die obere Leiterplatte nimmt auf der Vorderseite das Array aus Patchantennen und rückseitig den patentierten ASIC-Mikrochip von PHASOR auf. Eine zweite rückseitige Leiterplatte versorgt das System mit Strom, Kontrolle und Kommunikationstechnik. Aufgestapelt ist das gesamte System weniger als ein Zoll (2,54 cm) dick. Da die Technologie digital und modular ist, können die Antennen ohne Leistungseinbußen hochskaliert werden. Dazu müssen der Antenne lediglich mehr Module hinzugefügt werden. „Je mehr Module angeschlossen sind, desto größer ist die Antennenfläche und um so höher die Verbindungsdatenrate“, erklärt Garrood. Aufgrund ihres minimalen Profils und der Fähigkeit zur Anpassung kann die Antenne in jede beliebige Oberfläche, etwa von Fahrzeugen, Schiffen, Zügen und auch Flugzeugen, eingebaut werden. „Da die PHASOR-Antenne ohne nachteiligen Luftwiderstand, Gewichtsaufbau oder optischen Eindruck ausreichend Fläche abdecken kann, erfüllt sie die Konnektivitätsanforderungen im Bereich von mehreren Megabit vieler Anwendungsfälle und Märkte“, bekräftigt Garrood. Garrood vertritt die Ansicht, dass die PHASOR-Antenne einen erheblichen Anteil am 1,185 Milliarden EUR schweren Markt für Breitband-Satellitenkommunikation für unterwegs (communications-on-the-move) gewinnen wird. Er sagt dazu: „Wir prognostizieren, dass wir bis 2020 einen Marktanteil von 2,5 % sowie einen Umsatz von 134 Millionen Euro erzielen und fast 800 Arbeitsplätze schaffen werden.“
Schlüsselbegriffe
PHASOR, Antenne, mobile Kommunikationstechnik, Phased-Arrays