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Software driven Smart Antenna powered by RF MEMS Technology

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RF-MEMS schleichen sich in die drahtlose 5G-Kommunikation ein

Das im Zusammenhang mit 5G gegebene Versprechen der allgegenwärtigen mobilen Konnektivität gibt gleichermaßen Anlass zur Sorge über den steigenden Stromverbrauch. Sofant Technologies entwickelt eine intelligente Antennentechnik, welche die Signalstärke verbessern, weniger Strom verbrauchen und die Akkulaufzeit mobiler Endgeräte verlängern wird.

Digitale Wirtschaft

Die Netzwerke nach 5G-Standard sind im Aufbau begriffen und die nächste Generation der mobilen Internetverbindungen wird das Frequenzband im Millimeterwellenbereich nutzen. Mit dem Einsatz hoher Frequenzen im Millimeterbereich wird sich die Durchsatzrate für mobile Daten bei Anwendungen mit kurzer Reichweite deutlich verbessern, aber der kritische Punkt ist die Reduzierung des Stromverbrauchs mobiler Geräte. Damit für Millimeterwellen geeignete Mobilgeräte Realität werden können, müssen die Antennentechnik radikal verbessert und der Stromverbrauch gesenkt werden. Die EU-Finanzmittel des SWARM-Projekts ermöglichten der Firma Sofant mit Sitz in Schottland die Entwicklung miniaturisierter steuerbarer Antennentechnik, welche die Leistung von Mobilgeräten, 5G-Infrastrukturen und Satellitendatenübertragungsendgeräten verbessern wird. Den technischen Kern dieser kleine Antenne bilden ein für hohe Rundfunkfrequenzen (RF) ausgelegter mikroelektromechanischer Systembaustein (MEMS) sowie eine von Sofant geschriebene intelligente Software. Erstmals wird sich hier die RF-MEMS-Technik im großen Maßstab in der drahtlosen Kommunikation mit Antennensystemen mit Strahlformung wie etwa 5G-Smartphones, mobilen Infrastrukturen und Satellitenkommunikationsanwendungen bewähren. „Wir sind Vorreiter eines innovativen Ansatzes, der es unseren Kunden gestatten wird, die Leistung ihrer RF-Systeme zu verzehnfachen und den Stromverbrauch um 70 % zu senken“, sagt Sofant-Geschäftsführer David Wither. Einfachere RF-Antennendesigns senken Stromverbrauch Die kritischen Komponenten von Hochfrequenz-Antennensystemen sind die RF-Phasenschieber. Sie dienen der Lenkung des die Antennenanlage verlassenden Funksignals oder „Strahls“, indem die Phase des Eingangssignals an jedes Antennenelement angepasst wird. Bei der RF-MEMS-Einheit von Sofant wird ein variabler Kondensator verwendet, um diese Funktion zu gewährleisten. Diese Kapazitätsverschiebung ändert die Phase des Funksignals und richtet den Strahl in die gewünschte Richtung aus. „Steuerbare Richtantennen können sich am stärksten Signal orientieren, das zu einem bestimmten Zeitpunkt verfügbar ist. Sie erweitern nicht nur das Funksignal, sondern reduzieren auch den Stromverbrauch des Systems“, erläutert Wither. Innerhalb der mobilen Infrastruktur können RF-MEMS außerdem zur Antennenstrahlformung dienen: Elemente in einem Antennenarray werden phasenverschoben, um einen schmalen Strahl auf maximale Leistung auszurichten. Da es sich bei den MEMS von Sofant um verlustarme Module handelt, die einen Vorsprung von 6 dB Einfügungsdämpfung gegenüber den konventionellen Lösungen haben, ist es nicht erforderlich, in jedes Antennenelement einen Leistungsverstärker zu integrieren. „Der Ansatz von Sofant versetzt uns in die Lage, einen Verstärker über mehrere Antennenelemente hinweg gemeinsam nutzen zu können, was nicht nur die Größe des Antennenarrays und die Komplexität des RF-Designs reduziert, sondern auch enorm viel Strom einspart“, ergänzt Wither. „Außerdem ermöglicht unsere RF-MEMS-Technik eine enorme Reduzierung der durch die Elektronik in der Antenne erzeugten Wärme. Das große Problem des Übergangs drahtloser Kommunikationssysteme auf höhere Frequenzen wird damit direkt in Angriff genommen.“ Der verlustarme RF-MEMS-Phasenschieber von Sofant ist nicht auf 5G-Mobilfunkmasten und Handheld-Geräte beschränkt. Er kann gleichermaßen in Endgeräten zur Übertragung von Satellitendaten Anwendung finden, die mit Satellitensystemen kommunizieren, die sich in 1 000 bis 35 000 km Entfernung draußen im Weltall befinden. EU-Finanzmittel fördern ehrgeizige Start-ups Für Start-ups ist es oft teuer und schwierig, innovative Technik im großen Maßstab zu realisieren. Im Rahmen des SWARM-Projekts fand das Unternehmen Sofant die richtigen Partner, um einen kritischen Sprung im Grad der technologischen Reife seines Produkts zu machen. „Die europäischen Finanzmittel können Start-ups des technischen Sektors in der Anfangsphase bei innovativen Hochrisikoprojekten stark unterstützen und bei Risikokapitalunternehmen als Ergänzung dienen. Wird der EU-Haushalt sinnvoll genutzt, so werden innovative Produktideen bereitstehen, sich dem Wettbewerb auf dem globalen Markt zu stellen und den Wettbewerbsvorteil der EU zu erhalten“, so Wither abschließend.

Schlüsselbegriffe

SWARM, Antenne, Sofant, RF-MEMS, 5G, drahtlose Kommunikation, Antennenarray, mobile Infrastruktur, Millimeterwelle

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