Graphen für die Terahertz-Kommunikation
THz Frequenzen bieten eine Vielzahl von potenziellen Anwendungen auf dem Gebiet der Telekommunikation sowie für Bildgebung und Sensorik. Aber für all diese Anwendungen braucht es THz-Antennen. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts RASTREO (Multi-reconfigurable antenna solutions based on reflectarray technology) untersuchten Forscher die Eigenschaften von Graphen für die Eignung bei der Entwicklung eines THz-Reflektarrays. Eine Reflexionsmatrix kombiniert die Vorzüge eines Parabolreflektors mit der planaren Konstruktion einer phasengesteuerten Anordnung von Antennen. Graphen ist eine Mono-Atomschicht von in einer Wabenstruktur angeordneten Kohlenstoffatomen und ermöglicht als Halbleiter die Ausbreitung von Plasmonen-Moden bei THz-Frequenzen. Darüber hinaus kann seine Leitfähigkeit effizient durch ein elektrisches Feld gesteuert werden. Die Forscher von RASTREO demonstrierten dynamische Abstimmung bei einer Frequenz von 1,3 THz. Der Reflexionskoeffizient eines quadratischen Graphen-Patches als Funktion von sowohl der Feldgröße als auch des chemischen Potentials wurde ebenfalls berechnet. Die maximale Phasenänderung wurde für eine Graphen-Patch von 10 μm erreicht und betrug rund 300o, was ausreicht, um einen Nadelstrahl zu erzeugen. Die erhaltenen Ergebnisse legten das Fundament für den Entwurf und die Analyse einer Reflexionsmatrix. Im Falle einer konventionellen Reflexionsmatrix sind 489 Goldelemente mit einer Zellgröße von etwa 100 μm erforderlich. Die RASTREO-Forscher verwendeten mehr als 25.000 Graphenelemente. Der experimentelle Prototyp wurde monolithisch hergestellt, wodurch die hohe Anzahl von Elementen keine Auswirkungen auf die Kosten hatte. Die Graphen-Reflektarray wurde entwickelt, um ein Nadelstrahl mit einem Verlust zwischen 0,5 dB und 6 dB im Bereich von 1.1 THz bis 1,6 THz auszustrahlen. Die Details des Designs und die Leistungsbewertung wurden in zwei Artikeln in Fachzeitschriften veröffentlicht und auf internationalen Konferenzen vorgestellt. RASTREO eröffnete eine sehr viel versprechende Forschungslinie mit spannenden Anwendungen für die Innenraum- und Satellitenkommunikation und hat bereits großes Interesse für zukünftige Kooperationen geweckt.
