Forscher der University of Delaware haben mit 3D-Druck Lüneburg Linsen hergestellt, die mit 5G-Frequenzen kommunizieren können. Bei ihrer Arbeit haben sie außerdem neue Anwendungen erforscht, bei der die Technologie hilfreich sein kann. Das US-amerikanische Verteidigungsministerium hat die 3D-Druck-erfahrenen Forscher außerdem damit beauftragt, einen Roboter zu bauen.

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Ein Forscherteam der University of Delaware stellte Lüneburg Linsen laut einer Pressemitteilung mit einer neuen Methode her, die bei 5G-Frequenzen kommunizieren können. Mehrere mikroskopisch kleine 3D-gedruckte Antennen mit flachen Oberflächen könnten Elektronik, Sensoren oder Mobiltelefonen hinzugefügt werden. Bereits im Vorjahr haben wir über den 3D-Druck von Antennen für das 5G-Mobilnetz an der UDEL berichtet.

Details zur Arbeit der Forscher

Bei der Entwicklung entstanden mit der US-Armee gemeinsam verteidigungsbezogene Robotik– und zivile Luft– und Raumfahrtanwendungen für ihre additiven Übertragungsgeräte.

Forschungsleiter Mark Mirotznik erklärte:

„Mit diesem Objektiv können wir kostengünstig und effektiv Kommunikationssignale in eine bestimmte Richtung lenken. Es ist besonders nützlich bei 5G. Wir glauben, dass unser Objektiv möglicherweise Anwendungen für diese Art von ‚Edge-of-the-Network‘-Dingen bietet, da sie kostengünstig und dennoch sehr robust sind.“

3D-Druck der Linse
Durch diese 3D-Druckmethode (im Bild zu sehen) können Forscher den Kunststoff in einem äußerst kleinen Maßstab variieren. Die gewünschten elektromagnetischen Eigenschaften werden so genau an der richtigen Stelle platziert (Bild © University of Delaware).

Drahtlose Kommunikation finden wir heutzutage in Radargeräten und Satelliten, die alltägliche intelligente Geräte verbinden. Die weitwinkeligen, agilen und hochverstärkten Antennen leiten Multiband-Signale weiter. In den Satelliten werden steuerbare Phased-Array-Antennen eingesetzt, die meist teuer und komplex sind und viel Strom verbrauchen. Gradient Index (oder GRIN) Lüneburg Linsen können wegen ihrer sphärisch abgestuften Strukturen mehrere Strahlen gleichzeitig leiten und sind für Wissenschaftler eine Alternative.

Die sphärischen Geometrien der GRIN-Geräte haben die Integration in Standardantennenarrays erschwert. Ein TO-Verfahren soll dabei helfen, die Lüneburg Linsen in mit herkömmlichen Satelliten besser kompatible planare Oberflächen umzuwandeln. Der Fortschritt des einigermaßen erfolgreich eingesetzten TO-Verfahrens wird durch das Vorhandensein von Reflexionen im Objektvorschub behindert. Eine mit 3D-Druck ergänzte Antireflexionsschicht (AR) soll den Forschern zufolge das Lüneburg-Gerät mit Mehrfrequenzfunktionen ausstatten.

Nachweis der Hypothese

3D-gedruckter Quadcopter
3D-gedruckte Quadcopter (im Bild) könnten Soldaten vor Ort über drohende Gefahren informieren (Bild © University of Delaware).

Um ihre Hypothese nachzuweisen, druckten sie eine AR-Schicht in 3D auf die planare Anregungsoberfläche einer vorhandenen Linse. Anschließend konfigurierten sie diese für den Betrieb im Ka-Band (26–40 GHz). Sie testeten die elektromagnetischen Eigenschaften des Prototyps und verglichen die Leistung bestehender GRIN-Geräte mit Simulationen.
Das verbesserte Antennendesign des Teams konnte die Reflexionen in vorhandenen Objektiven über die Ka-Bandbreite abschwächen. Der Prototyp verengte die halbe Leistung des Objektivs und zeigte verglichen mit den Computerprojektionen an den meisten Einspeisungsorten einen Öffnungswirkungsgrad von mehr als 60%.

Die AR-Schicht schränkt laut den Forschern den Scanwinkel ein, aber optimiert dessen Leistung. Das von Mirotznik gegründete Start-up DeLUX AM hat mit den Forschern verschiedene neuartige Linsenanwendungen identifiziert, unter anderem auch in einen 3D-gedruckten Quadcopter. Jetzt sollen die Forscher für das amerikanische Verteidigungsministerium einen Roboter bauen, der sich vom Förderband entfernen und losfahren kann. Ein Gerät mit integrierter Linse gedruckt, das sich von der Bauplatte entfernt ist ihnen bisher bereits gelungen.

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