Forscher der Päpstliche Katholische Universität von Valparaíso (Pontificia Universidad Católica de Valparaíso) in Chile haben eine wegweisende Entwicklung im Bereich der Antennentechnologie vorgestellt, indem sie eine komplexe Hornantenne mit einem gekrümmten, wellenförmigen Profil (GPHA) vollständig mit 3D-Druck hergestellt haben. Diese Technologie ermöglicht die kosteneffiziente Produktion von Antennen, die in hohen Frequenzbereichen wie dem Ka-Band mit einer Zentralfrequenz von 28 GHz operieren. Im Wissenschaftsmagazin „Nature“ wurde dazu ein Bericht unter dem Titel „3D-printed low-cost choke corrugated Gaussian profile horn antenna for Ka-band“ veröffentlicht.
Vorteile des 3D-Drucks in der Elektronik und Telekommunikation
Der 3D-Druck hat in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht, insbesondere im Bereich der Elektronik und elektromagnetischen Geräte. Durch die Senkung der Kosten für hochpräzise 3D-Drucker und die Verfügbarkeit von leitfähigen Filamenten hat sich der 3D-Druck als praktikable Methode zur Herstellung von Prototypen und Geräten etabliert, die zuvor zu teuer oder unmöglich herzustellen waren. Insbesondere im Bereich der Hochfrequenzelektromagnetik finden sich zahlreiche Anwendungen, die von dieser Technologie profitieren.
Innovative Antennendesigns und ihre Anwendungen
Hornantennen, insbesondere solche mit komplizierten Designs wie die Wellenhornantenne (GPHA), sind ein Beispiel dafür, wie der 3D-Druck die Herstellung vereinfachen kann. Frühere Designs fokussierten auf die Optimierung der Anpassung der Antenne an verschiedene Wellenleitergeometrien. Die Einführung von Korrekturen in die internen Strukturen führte zu kompakteren, effizienteren Designs, die sich für den Einsatz in terrestrischen und satellitengestützten Telekommunikationsanwendungen eignen.
Realisierung und technische Umsetzung
Das besprochene Antennendesign wurde unter Verwendung von kostengünstigem 3D-Druck und handelsüblichen leitfähigen Filamenten realisiert. Die Antenne besteht aus mehreren Segmenten, die mit einem modularen 3D-Druckverfahren hergestellt und anschließend zusammengefügt werden. Dieses Verfahren ermöglicht es, Fehler und Kosten zu minimieren, da bei einem Defekt nur ein Segment und nicht die gesamte Antenne neu gedruckt werden muss.
Effizienz und Einsatzmöglichkeiten
Die Antenne zeigt eine gute Übereinstimmung zwischen den Simulationen und den tatsächlichen Messergebnissen. Trotz einer geringfügigen Verringerung der Gesamtleistung aufgrund der geringeren Leitfähigkeit des verwendeten Filaments und der Oberflächenrauheit, bietet die Antenne aufgrund ihres geringen Gewichts (etwa 37 Gramm) und ihrer niedrigen Herstellungskosten eine kosteneffiziente Alternative für symmetrische Strahlungsmuster, zum Beispiel in Anwendungen für unbemannte Fahrzeuge.