3D-gedruckte Antennen könnten 5G und 6G in entlegene Gebiete bringen

Forscher der Universität Sheffield haben 3D-gedruckte Funkantennen entwickelt, die dazu beitragen könnten, Menschen in entlegenen Regionen stärkere Mobilfunksignale und schnellere Internetverbindungen zu ermöglichen.

Die Millimeterwellen-Antennen, die von Forschern des Fachbereichs für Elektronik und Elektrotechnik der Universität Sheffield entworfen, hergestellt und getestet wurden, weisen eine Funkfrequenzleistung auf, die derjenigen herkömmlicher Herstellungsverfahren entspricht. Die 3D-gedruckten Antennen könnten die Entwicklung neuer 5G- und 6G-Infrastrukturen beschleunigen und dazu beitragen, Menschen in abgelegenen Gebieten sowohl in Großbritannien als auch weltweit den Zugang zu diesen Technologien zu ermöglichen.

Die derzeit für den Aufbau von Telekommunikationsnetzen verwendeten Antennen sind in der Regel langsam und kostspielig in der Herstellung. Dies behindert die Innovation, verzögert die Entwicklung von Prototypen und erschwert den Aufbau neuer Infrastrukturen. Die Forscher in Sheffield haben ein neues Design entwickelt, das es ermöglicht, Funkantennen mit Hilfe des 3D-Drucks viel billiger und schneller herzustellen, ohne dabei Kompromisse bei der Leistung einzugehen. Die Technik bedeutet, dass Antennen in nur wenigen Stunden und für nur wenige Pfund hergestellt werden können, jedoch mit ähnlichen Leistungsmerkmalen wie herkömmlich hergestellte Antennen, deren Herstellung normalerweise Hunderte von Pfund kostet.

3D-Oberflächenplots die im Messlabor erstellt wurden, zeigen einen Vergleich zwischen einem herkömmlich hergestellten Beispiel und der 3D-gedruckten Antenne, die vom Team der Universität Sheffield erstellt wurde. Die Antennen verwenden Silber-Nanopartikel, die hervorragende elektrische Eigenschaften für Funkfrequenzen haben und bei verschiedenen Frequenzen, die von 5G- und 6G-Netzen verwendet werden, bis zu 48 GHz getestet wurden. Ihre Verstärkung und ihr Zeitverhalten – das sich auf die Richtung und die Stärke des Signals auswirkt, das sie empfangen und senden können – unterscheiden sich kaum von denen, die auf herkömmliche Weise hergestellt werden.

Eddie Ball von der Forschungsgruppe für Kommunikation an der Universität Sheffield sagte dazu: “Dieses 3D-gedruckte Design könnte für die Telekommunikationsindustrie einen Wendepunkt darstellen. Es ermöglicht uns die Entwicklung und Herstellung von Prototypen für 5G- und 6G-Netze zu weitaus geringeren Kosten und viel schneller als mit den derzeitigen Herstellungsverfahren. Das Design könnte auch dazu verwendet werden, Antennen in einem viel größeren Maßstab zu produzieren und damit die Möglichkeit haben, mehr Gebiete abzudecken und die schnellsten Mobilfunknetze in Teile der Welt zu bringen, die bisher keinen Zugang haben.”

Die Hochfrequenztests der Antenne wurden im branchenführenden UKRI National mmWave Measurement Lab der Universität Sheffield durchgeführt. Das mmWave-Messlabor kann Systeme auf Chips und Antennen bis 110 GHz messen, was für die Kommunikationsforschung von unschätzbarem Wert ist, so auch für die 3D-gedruckte Antenne.

Zu dem Team, das in der mmWave-Anlage an der 3D-gedruckten Antenne arbeitet, gehören Matt Davis, Benedict Davies, Sumin David Joseph, Steve Marsden, Eddie Ball und Jon Willmott, die alle in der Abteilung für Elektronik und Elektrotechnik in Sheffield tätig sind. Die Forschungsarbeiten wurden vom Defence and Security Accelerator und dem Defence Science and Technology Laboratory der britischen Regierung finanziert.

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