Planares Antennenarray für Ku- und Ka-Band BGA-basierte antenna-in-package bei 170 GHz unter Verwendung von GlastechnologieHolografische Conical Beam Scanning Antenne für mm-Wellen Radare unter Verwendung von GlastechnologieBiomimetisches Antennenarray im Einsatz an einem state-of-the-art Radar sensor mit verbesserter WinkelschätzfähigkeitReflektarray Antenne bei 240 GHzMessplatz für integrierte Antennenmessungen zwischen 100 GHz und 330 GHz

Antennen und Antennenmesstechnik

Das Institute für Mikrowellentechnik hat eine langjährige Erfahrung in der Entwicklung von Antennenelementen und Arrays. In den letzten Jahren lag der Forschungsschwerpunkt auf zukunftsweisenden neuen Antennenlösungen für die nächste Generation an Sensor- und Kommunikationssystemen im mm-Wellen und Sub-THz-Bereich. Durch Unterstützung zahlreicher Forschungsprojekte, sowohl öffentlich gefördert wie auch aus der Industrie, konnten wir eine ganzheitliche Expertise in den Bereichen Materialcharaktierisierung, Antennenmodellierung, Prototyping, Charakterisierung sowie Integration aufbauen.

Eine der Hauptstützpfeiler unserer aktuellen Forschung liegt auf den Antennen für automobile Radaranwendungen sowie auf skalierbaren und flexiblen Antennenarrays für Satellitenkommunikation. In diesem Kontext werden Breitband/Multiband-Antennensysteme mit verbesserten MIMO und Scan-Eigenschaften entwickelt. Während antenna-on-module Implementierungen unter Verwendung von modernsten Mehrlagen-PCB-Technologien die bevorzugte Wahl sind, um hochintegrierte Antennensysteme bei Betriebsfrequenzen unter 100 GHz zu realisieren, wird ebenfalls an neuartigen antenna-in-package Konzepten für zukünftige Abtast- und Kommunikationsplattformen bei Sub-THz-Frequenzen gearbeitet.

Das Institut hat eine bedeutende Design-Expertise in BGA-basierten und QFN-basierten Packaging Typen unter Verwendung von 3D-strukturierbarem Mold- und Glasverguss zur Integration von Antennen, RFICs, und passiven Komponenten im mm-Wellen-Bereich. Das übergeordnete Ziel dieses Forschungsbereichs ist die Untersuchung von neuartigen Strahlungselementen im Zusammenspiel mit einem package-skalierten-Ansatz um die Herausforderung von großen, elektronisch-lenkbaren Antennenarrays jenseits von 150 GHz zu meistern. Um breitbandige, effiziente und gleichzeitig hochintegrierte direktive Richtcharakteristiken im oberen Millimeterwellenspektrum zu realisieren, wird dies begleitet von unserer Forschung über elektrisch große Multi-Port/Multi-Beam holografischen Antennen. Die Synthese von Strahlungsdiagrammen basierend auf Holografie profitiert von komplett neuen Freiheitsgraden im Design von MIMO Radar- und Kommunikationssystemen, da sie nicht auf der positionsabhängigen Überlagerung der individuellen Strahlungsdiagramme beruhen.

Neben direkt strahlenden Antennensystemen, gibt es am Institut einen weitreichenden Forschungshintergrund in Reflect- und Transmit-Array Antennen. Bei hohen Betriebsfrequenzen von über 100 GHz werden diese Freiraum-gespeisten Antennenarchitekturen zunehmend atrraktiv, da sie kein planares Verteilnetzwerk benötigen.

Ein weiterer Forschungsbereich beschäftigt sich mit Antennenarrays, welche die speziellen Ohren der Fliege Ormia Ochracea nachbilden. Unter Verwendung dieser biomimetischen Arrays wird untersucht, wie die Winkelschätzfähigkeit von Radaren verbessert und welche neuartigen Freiheitsgrade beim Beamforming erreicht werden können.

Für die Charakterisierung von Antennen stehen Nah- und Fernfeld-Messplätze für die Bestimmung des Strahlungsdiagramms, Gewinns und Radarquerschnitts bei Frequenzen bis zu 100 GHZ zur Verfügung. Des Weiteren wurde hier am Institut ein weiterer Messplatz für integrierte Antennen zwischen 100 GHz und 330 GHz entwickelt, der auf einem Industrieroboter basiert. Dieser Messplatz unterstützt beliebige dreidimensionale Verfahrwege des Roboters und verschiedene Messverfahren. Somit ist es möglich eine detaillierte Analyse von Fehlerquellen durchzuführen, die während der Charakterisierung von integrierten Antennen auftreten können. Des Weiteren kann der Effekt der Fehlerquellen in Bezug auf die Gesamt-Messqualität quantifiziert werden, außerdem können auftretende Interferenzen in der Nachbearbeitung der Messergebnisse reduzieren werden.

In engem Zusammenhang zu letztgenanntem Forschungsgebiet werden hier am Institut auch neue Kalibrationsmethoden auf Basis der Modenrepresentation des ausstrahlenden elektrischen Feldes untersucht, um die äußerst zeitaufwendige Prozedur bei konventionellen Kalibrationsmethoden für große elektrisch-lenkbare Antennenarrays hinter sich zu lassen.

Kompetenzen:
  • Antennendesign
    • High-performance Antennen und Antennenarrays auf PCB-Technologie
    • Integrierte Antennen (Antenna-on-Chip/Antenna-in-Package)
    • Reflektarray- und Transmitarray Antennen
    • Multi-port holografische Antennen
    • Biomimetische Antennenarrays
    • Planare Antennenarrays mit adaptiven/kognitiven Aperturen
  • Nah- und Fernfeld-Charakterisierung von Antennensystemem bis zu 300 GHz
  • Kalibration von großen, aktiven Antennenarrays für Radar- und Kommunikationssysteme
Förderprojekte
  • DFG-Projekt: Biomimetische Antennenkonzepte für winkelgebende Millimeterwellensensoren
  • DFG-Projekt, Rekonfigurierbare elektromagnetische Oberflächen im Millimeterwellen-Bereich
  • DFG-Projekt, Planare Gruppenantennen mit elektronisch rekonfigurierbarer Apertur
  • RAFAM: Antennenstrukturen auf Moldverguss im Package
  • BMBF: Glara – Radare auf Glasinterposern
  • EU: FlexCom – FLEXible phased array system for sat-COM applications