TITK: Miniaturisierung von Hochfrequenz-Antennen mit Hilfe von dielektrisch gefüllten Polymeren

Dass sich Hochfrequenz-Antennen durch den Einsatz dielektrisch gefüllter Polymermaterialien deutlich kleiner konstruieren lassen, ohne spürbar an Leistung zu verlieren, hat das TITK-Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung in einem Forschungsprojekt nachgewiesen. Die Ergebnisse werden auch auf der Fakuma 2023.

Die Miniaturisierung von Antennen im Megahertz- und angrenzenden Gigahertz-Bereich, speziell durch den Einsatz dielektrischer Polymermaterialien, ist eines der aktuellen Forschungsthemen am TITK in Rudolstadt. In einem ZIM-Projekt mit der Firma Henning Marter Funkbau wurden Dipolantennen mit Polymerkompositen umhüllt und Polymergehäuse für die Aufnahme einer sogenannten PIF-Antenne (englisch für „Planar Inverted F-Shaped Antenna“) hergestellt.

Bei einer PIF-Antenne handelt es sich um eine sehr kleine, leichte und robuste Antenne mit einer besonders flachen Bauweise. Das aktive Strahlungselement weist eine F-Form auf. Dipolantennen für Anwendungen in der Tetra- (ca. 400 MHz) oder LTE-Frequenzregion (um 800 MHz) bzw. im unteren 5G-Frequenzbereich (700-900 MHz) werden im Objektfunk in öffentlichen Gebäuden, bei der Funkkommunikation für den ÖPNV sowie für die kritische Infrastruktur, aber auch im Privatbereich eingesetzt.

Im dem Forschungsvorhaben am TITK sei nachgewiesen worden, dass diese Antennen beim Einsatz dielektrisch gefüllter Polymerkomposite mit hoher Permittivität – also durch polymerbasierte Isolatoren hoher Dielektrizitätskonstante – miniaturisiert werden können, ohne das sich wesentliche Antenneneigenschaften unzulässig verschlechtern.

„Aufgrund des Zusammenhangs von Permittivität und Brechzahl kann die Baugröße einer Antenne durch das Einbringen dielektrischer Materialien reduziert werden“, sagt der Projektleiter, Diplom-Chemiker Günther Pflug. „Denn durch die Materialien steigt die Brechzahl an.“ So wird demnach die Resonanzfrequenz einer Dipolantenne durch Umgießen mit einem Silikon-elastomer-Bariumtitanat von ursprünglich 1.160 MHz in den niederfrequenten Bereich von 694 MHz verschoben, was einer Reduzierung der Antennenbaugröße von ca. 40 Prozent entspricht.

Dielektrische Polymerkomposite mit Titanatfüllung können sowohl durch klassische Extrusion- und Spritzgussverarbeitung oder Silikonelastomerverguss als auch durch 3D-Druck mit dem FFF-Verfahren (Fused Filament Fabrication) zu plattenförmigen Halbzeugen oder Gehäusen zur Aufnahme einer Antenne verarbeitet werden. Damit sollen sich Antennen durch Größenreduzierung künftig besser an vorhandene Bauräume anpassen lassen.

Fakuma 2023, Friedrichshafen, 17.-21. Oktober 2023, Halle B5, Stand 5110

Weitere Informationen: www.titk.de

Thüringisches Institut für Textil- und Kunststoff-Forschung (TITK e.V.), Rudolstadt

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