Leckwellenantenne

Ultraschnelles WiFi mittels Terahertzstrahlung

| Redakteur: Sebastian Gerstl

Alle Winkel abdecken: Terahertzstrahlung dringt aus einem kleinen Schlitz in der Antenne in unterschiedliche Richtungen, abhängig von der Frequenz. Der Empfänger kann auf einen bestimmten Winkel eingestellt werden, um so einen bestimmten Datenkanal aus dem verfügbaren Datenstrom herauszupicken.
Alle Winkel abdecken: Terahertzstrahlung dringt aus einem kleinen Schlitz in der Antenne in unterschiedliche Richtungen, abhängig von der Frequenz. Der Empfänger kann auf einen bestimmten Winkel eingestellt werden, um so einen bestimmten Datenkanal aus dem verfügbaren Datenstrom herauszupicken. (Bild: Mittleman lab/Brown University)

Wissenschaftler der Brown University haben nach eigenen Angaben eine Schlüsselkomponente entwickelt, die es ermöglicht, elektromagnetische Wellen im Terahertz-Spektrum zur Multiplex-Datenübertragung einzusetzen. Die Technologie würde bis zu 100x schnellere Router- oder Mobilfunk-Verbindungen in Aussicht stellen.

Terahertzstrahlung, auch Submillimeterwellen genannt, ist eine elektromagnetische Welle und liegt im elektromagnetischen Spektrum zwischen der Infrarotstrahlung und den Mikrowellen. Da sie einen sehr großen Frequenzbereich zwischen 300 GHz und 3 THz (Terahertz) abdeckt, könnten Wellen in diesem Spektrum das Rückgrat für WiFi-Systeme bilden, die bis zu 100mal schneller als derzeitige Router oder Mobilfunk-Netzwerke wären.

Forscher der Brown University haben nun angekündigt, dass es ihnen gelungen ist, diesen Wellenbereich erstmals technisch für gleichzeitig sendende Datenströme zu verwenden. Hierzu haben sie einen Terahertz-Multiplexer entwickelt, der es erlaubt, mehrere separate Datenströme über ein einziges Medium in diesem Wellenspektrum auszusenden.

„Jede Form von Terahertz-Kommunikation wird eine Form vom Multiplexing und Demultiplexing benötigen“ erklärt Daniel Mittleman, Professor für Ingenieurswissenschaften an der Brown University und Seniorautor der begleitenden Studie, die am 14. September in Nature Photonics veröffentlicht wurde. „Dies ist unseres Wissens nach das erste Mal, dass jemand eine praktikable Strategie für Multiplexing im Terahertz-Spektrum vorweisen kann“.

Moderne Antennen für Mobilgeräte oder Router nutzen Mikrowellen, um Daten oder Gespräche zu übertragen. Doch der Bedarf an höherem Datenvolumen und schnelleren Transferraten übersteigt bald die Grenzen des Machbaren in diesem Frequenzbereich (1 bis 300 GHz). Der Terahertz-Bereich könnte daher eine erweiterte Bandbreite für Datenübertragung liefern. Bislang ist dieses Spektrum allerdings noch kaum technisch erschlossen.

Mittleman und sein Forschungsteam haben nun eine sogenannte Leckwellenantenne entwickelt, um die Terahertzwellen zur Datenübertragung zu nutzen. Hierbei wurden zwei Metallplatten parallel angeordnet, um einen geeigneten Waveguide bzw. Wellenleiter zu schaffen. In einer der Platten befindet sich ein schmaler Schlitz. Wandeln Terahertzwellen entlang des Waveguide entlang, treten Sie je nach ihrer Wellenlänge in einem anderen Winkel aus dem Schlitz aus. „Wenn man nun zehn verschiedene Frequenzen zwischen den Platten untergebracht hat – jede einzelne von ihnen stellvertretend für einen anderen Datenstrom – treten diese auch in zehn verschiedenen Winkeln aus,“ erklärt Mittleman. „Nun hat man sie voneinander getrennt, und das ist Demultiplexing“.

Ein Empfänger könnte darauf eingestellt werden, die Strahlung in einem bestimmten Winkel zu empfangen, um so gezielt Daten von nur einem Strom zu empfangen. Laut Studie sei ein weiterer Vorteil dieser Herangehensweise, dass sich durch Justierung der Abstände zwischen den Platten auch die effektive Bandbreite des Wellenspektrums, die einem einzelnen Datenkanal zugewiesen wird, vergrößern lässt. Auf diese Weise könnte beispielsweise kurzfristig das Datenvolumen eines einzelnen Kanals vergrößert werden, indem Bandbreite von anderen Kanälen abgezwackt wird, die gerade wenig Datendurchsatz haben.

Die Antenne ist derzeit effektiv noch eine Machbarkeitsstudie. Das Forschungsteam der Brown University arbeitet derzeit mit einer weiteren Gruppe der Universität Osaka in Japan zusammen, um ihre Studie zu vertiefen und den Einsatz von Terahertz-Starhlung für Datenübertragung voranzutreiben..

Der Einsatz von Terahertz-Strahlung ist nicht unumstritten. Eine theoretische Studie des MIT aus dem Jahr 2009 ergab, dass DNA, die langfristig Terahertz-Wellen ausgesetzt war, unter bestimmten Umständen Schaden nehmen könnte. Biologische Beweise hierfür stehen bislang allerdings noch aus. Zahlreiche Experten sind der Ansicht, dass Terahertz-Strahlung für Menschen unbedenklich sein dürfte, da sie nicht-ionisierend ist und organisches Gewebe dadurch einfach durchdringt.

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