Forschern ist es gelungen, bis zu 100-mal kleinere Antennen im Vergleich zu üblichen Strukturen herzustellen. Dies dürfte neben der Miniaturisierung tragbarer Geräte vor allem Anwendungen im Medizinbereich zugutekommen.
Kompakte Antennen sind klassischerweise resonant zu elektromagnetischen Wellen. Dies hat zur Folge, dass sich die Abmessungen in der Größenordnung der Wellenlänge bewegen. Da sich elektromagnetische Wellen im Freiraum mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, treten hier sehr hohe Wellenlängen auf. Besonders bei Frequenzen im MHz-Bereich macht sich dies durch große Abmessungen der Antennenstrukturen bemerkbar.
Bei Schallwellen kommt es hingegen aufgrund der geringen Schallgeschwindigkeit zu vergleichsweise kleinen Wellenlängen bei gleicher Frequenz. Dadurch lassen sich resonante Strukturen mit deutlich geringeren Abmessungen realisieren. Dies wird etwa seit geraumer Zeit bei SAW-Filtern genutzt. Neu sind hingegen magnetisch-piezeoelektrische Heterostrukturen, die eine effiziente Kopplung zwischen Magnetfeld, akustischen Volumenwellen und elektrischer Spannung ermöglichen.
Bei den neuartigen Antennen werden in einer solchen piezoelektrischen Halbleiterstruktur zunächst mechanische Volumenwellen durch eine angelegte Wechselspannung erzeugt. Bei akustischer Resonanz kommt es zur Schwingung des auf dem Resonator aufgebrachten ferromagnetischen Dünnfilms. Dies wiederum führt zur Abstrahlung einer elektromagnetischen Welle. Umgekehrt hat ein magnetisches Wechselfeld die akustische Anregung des Resonators und damit die Erzeugung einer Spannung durch den piezoelektrischen Effekt zur Folge.
Die Realisierung solcher Antennen für übliche Frequenzbänder ist nun erstmals gelungen. So werden Miniaturantennen für Frequenzen zwischen 60 MHz und 2,5 GHz vorgestellt. Da die Frequenzabstimmung über die Skalierung der Strukturweite möglich ist, lässt sich eine Vielzahl von Frequenzbändern in einem Chip integrieren. Hier sind durch Kombinationen auch breitbandige Arrays denkbar.
Derartige Antennen könnten es in Zukunft ermöglichen, die Größe von Wearables, IoT-Geräten, Mobiltelefonen und medizinischen Applikationen deutlich zu reduzieren. In der Medizintechnik sind vor allem implantier- und injizierbarer Elektronik als Einsatzfeld zu nennen.
Christoph B. schrieb:> bis zu 100-mal kleinere Antennen im Vergleich zu üblichen Strukturen
Wir haben hier ein IoT-System welches aktuell mit 2.4GHz arbeitet, weil
diese Strahlung aber recht gut von Bäumen und feuchter Erde absorbiert
wird wollten wir einen andere, viel niedrigere Frequenz nutzen die aber
eben auch größere Antennen erfordert.
Das Problem hier bei ist dass wir die Antennengröße zwar senken können,
aber dadurch sinkt ganz einfach auch die abstrahlbare Leistung und die
Empfindlichkeit.
Wir haben es natürlich auch getestet, aber die Physik lässt sich eben
nicht überlisten.
Der verlinkte Artikel ist interessant, aber ich habe keine
Vergleichswerte gefunden.
Wenn ich jetzt meinetwegen einen Lambda/4 Monopol nutze und das
Funkmodul damit eine Empfindlichkeit von -110dbm besitzt, wie verhält
sich das dann bei der neuen Technologie?
Ist dann eine gleich lange Piezo-Antenne 100 mal empfindlicher?
Was ist wenn ich die Piezo-Antennengröße auf meinetwegen Lambda/100
reduziere?
http://winfuture.de/news,99257.html
Es steht auch noch in den Sternen ob das nicht wieder solch eine
Sensationsmeldung ist hinter der letztendlich nichts steht.
Es gibt auch scheinbar noch keine Firma die etwas dahingehend entwickelt
oder gar Samples anbietet damit wir es evaluieren können.
Mike J. schrieb:> Wir haben hier ein IoT-System welches aktuell mit 2.4GHz arbeitet, weil> diese Strahlung aber recht gut von Bäumen und feuchter Erde absorbiert> wird wollten wir einen andere, viel niedrigere Frequenz nutzen die aber> eben auch größere Antennen erfordert.>> Das Problem hier bei ist dass wir die Antennengröße zwar senken können,> aber dadurch sinkt ganz einfach auch die abstrahlbare Leistung und die> Empfindlichkeit.
Eine klassische Antenne wird man nur bis zu einer bestimmten Größe
vernünftig abstimmen können. Das ist physikalisch maßgeblich abhängig
von der Frequenz und der Ausbreitungsgeschwindigkeit der
elektromagnetischen Welle in der Antenne. Wenn man klein werden will,
existieren zwar ein paar Tricks, das geht dann aber prinzipiell mit
einer Verschlechterung der Antennenparameter einher. Irgendwann wird ist
dann auch kaum mehr von einer Antenne zu sprechen.
Der Unterschied bei der jetzt vorgestellten Antenne ist, dass diese
physikalisch betrachtet anders funktioniert und dadurch größentechnisch
abhängig von der Ausbreitungsgeschwindigkeit der akustischen Welle ist.
Dadurch kann die Antenne viel kleiner und dennoch vernünftig abgestimmt
werden. Von austricksen würde ich an der Stelle also nicht unbedingt
sprechen.
Der Vollständigkeit halber kann man sich an der Stelle noch überlegen,
dass eine große Fläche vorteilhaft sein kann, um einer Leistungsdichte
Leistung zu entnehmen. Das nutzt man etwa bei Parabol- oder
Linsenantennen. Bei Antennen für Funkmodule ist das aber das geringere
Problem.
Mike J. schrieb:> Der verlinkte Artikel ist interessant, aber ich habe keine> Vergleichswerte gefunden.
Bei der 2,5 GHz Antenne ist von -18 dBi die Rede, somit 50 dB (=Faktor
100.000) mehr als das, was man mit einer Loop-Antenne der gleichen Größe
erreichen würde. Wenn man eine hohe Reichweite erzielen will, reißen
-18dBi sicher niemanden vom Hocker.
Im Vergleich zu einem λ/2-Dipol hast du also 20dB weniger am Eingang
deines Empfangsmoduls (bei je optimaler Ausrichtung). Ob dir das dann
noch reicht ist eine andere Frage. Falls du den Platz für eine
klassische Antenne hast und auf Reichweite angewiesen bist, lohnt das
also kaum. Wenn du den Platz nicht hast, wird das aber recht
interessant. Denkt man beispielsweise an Implantate oder Miniaturmodule,
werden auch Keramikantennen für <1GHz schnell unhandlich.
Mike J. schrieb:> Es gibt auch scheinbar noch keine Firma die etwas dahingehend entwickelt> oder gar Samples anbietet damit wir es evaluieren können.
Da dies die erste Veröffentlichung mit entsprechenden Resultaten zu dem
Thema ist, ist es noch recht früh, um hier Schlüsse zu ziehen. Es ist
aber generell nicht ungewöhnlich, dass bei solchen Entwicklungen bis zum
praktischen Einsatz etwas Zeit vergeht.
Christoph B. schrieb:> werden auch Keramikantennen für <1GHz schnell unhandlich.
In den Sub-1GHZ-Bereich wollten wir eigentlich schon letztes Jahr
vordringen und die Möglichkeiten nutzen.
Bei uns geht es um 169MHz für Geräte die mit Hilfe des wM-Bus Daten
austauschen. Lambda/2 sind da schon 89cm und die Geräte sind so groß wie
eine Kreditkarte. Wir haben einfach mal alle möglichen Antennenformen
und Typen probiert die wir so in die Finger bekamen oder die wir auch
selbst hergestellt haben.
Durch die niedrigere Frequenz waren die Ergebnisse bei der selben
Sendeleistung teilweise ganz gut, aber der Aufwand diese Antenne zu
fertigen und zu integrieren war recht hoch.
Beim Empfang waren diese Antennen aber nicht gut genug.
Ich bin echt gespannt wann hier einer einen Link zu dem ersten
verfügbaren Muster dieser Antennen (es wird wahrscheinlich auf in Chips
integrierte Antennen hinauslaufen) postet.
Genau richtig, Mike,
> Der verlinkte Artikel ist interessant, aber ich habe keine> Vergleichswerte gefunden.
Überzeugend wären halt der Antennengewinn über die Frequenz, auf einem
kalibrierten Antennenmeßplatz gemessen.
Ferner wüßte ich gern die Resonanzbreite bei Abstimmung und die
Gruppenlaufzeitverzerrung.
Insbesondere letzere hätte ich gern aus dem Fernfeld gemessen, denn dem
Aufbau mißtraue ich in der Beziehung.
Die "Supergain-Antenne" war früher schon mal ein Hype. Die hatte sehr
viele Strahler mit Abständen deutlich unter einer Wellenlänge. Eine
erstaunliche Bündelung kann damit schon erreicht werden, aber die
Kopplung zwischen den strahlenden Elementen ruiniert den Antennengewinn.
Ich erinnere mich an den "Quantenrauchmotor", mit dem Investoren sehr
viel Geld aus den Taschen gezogen wurde. Investoren, die deutlich mehr
Geld hatten als Fachkenntnisse. Investoren, die nach Anlagemöglichkeiten
suchten, diese eher entdecken wollten als der Zweitschnellste und daher
nicht so genau prüften.
Für solche Betrügereien eignen sich "Innovationen", die erstens
faszinieren und zweitens nur schwer zu prüfen sind.
Mal sehen, wann die vergleichsfähigen Messungen erfolgt sind.
Ciao
Wolfgang Horn
Wolfgang H. schrieb:> Für solche Betrügereien eignen sich "Innovationen", die erstens> faszinieren und zweitens nur schwer zu prüfen sind.
Es gab vor nicht zu langer Zeit Werbung für eine Art
Matrix-Kondensator-Netzteil, die ATX-Netzteile sollten durch diese
Technik auf einen Bruchteil zusammen schrumpfen.
Sah richtig seriös aus die Webseite, das Video, die Werbung ... und die
wurden auch überall angepriesen.
Ich habe mich gefragt wo den die Spulen sind um die Spannung runter zu
wandeln. Ob es da denn keine galvanische Entkopplung gibt.
Vielleicht so eine Art Luftspule durch die man mit der Frequenz sehr
hoch gehen kann auf der Platine.
Hab davon nie wieder etwas gehört.
Bei de aktuellen Antenne werden diese runden Plättchen gezeigt welche
über lange Leitungen mit einem Empfänger oder "Datenaufbereiter"
verbunden sind. Die fangen ja auch die HF-Strahlung ein und wirken als
Antennen.
Es wäre natürlich toll wenn das funktionieren würde, aber die gegebene
Erklärung ist für mich nicht nachvollziehbar.
Die Physik dahinter wurde auch nicht ausreichend erklärt, so dass man
sich davon ein klares Bild machen kann.
Hi, Mike,
> Bei de aktuellen Antenne werden diese runden Plättchen gezeigt welche> über lange Leitungen mit einem Empfänger oder "Datenaufbereiter"> verbunden sind.
Wir könnten ganz tolle Antennen mit vielen Dipolen bauen, gäbe es nur
ein Verbindungskabel zwischen diesen, auf dem das Signal genau so
schnell läuft wie im Vakuum.
Da es das nicht geben kann, wäre auch ein Verbindungskabel denkbar, das
die Phase für jeden Dipl jeweils so dreht, dass sich die Ausstrahlungen
der Dipole im Fernfeld konstruktiv überlagern. So etwas gibt es in Form
eines Phased Array, in dem jeder Dipol einen eigenen Phasenschieber hat,
der um +- 180° schieben kann.
Möglicherweise lässt sich das mit einer "Bulk acoustic wave" machen.
Mein Hauptlritikpunkt ist das Fehlen aussagekräftiger Messergebnisse.
Bis die vorliegen, verschwendet jede Diskussion nur Zeit.
Ciao
Wolfgang Horn
Christoph B. schrieb:> Bei akustischer Resonanz kommt es zur Schwingung des auf dem Resonator> aufgebrachten ferromagnetischen Dünnfilms. Dies wiederum führt zur> Abstrahlung einer elektromagnetischen Welle.
Also ein ferromagnetischer Stoff schwingt mechanisch und sendet dadurch?
wie kommt?
macht das ein Stahldraht auch?
Wolfgang H. schrieb:> Bis die vorliegen, verschwendet jede Diskussion nur Zeit.
Ja, stimmt.
Ich rechne jetzt aber nicht mehr damit dass diese Technik wirklich ein
mal realisiert wird oder realisierbar ist.
Mike J. schrieb:> Ich rechne jetzt aber nicht mehr damit dass diese Technik wirklich ein> mal realisiert wird oder realisierbar ist.
Einfach die Antenne in einen Stoff einbauen, in dem die
Lichtgeschwindigkeit 10 mal größer ist, dann wird die Antenne kleiner.
:-)
Lutz H. schrieb:> in dem die> Lichtgeschwindigkeit 10 mal größer ist, dann wird die Antenne kleiner.
3*10^8[m/s]/169000000[1/s]=1,775147929m
mit c*10 => 3*10^9[m/s]/169000000[1/s]=17,75147929m
... hmm, nein.
Die Lichtgeschwindigkeit muss 10 mal kleiner sein, dann schrumpft auch
die Antenne um den Faktor 10.
Ist aber nicht unmöglich, nur wissen wir noch nicht wie das geht.
Mike J. schrieb:> Die Lichtgeschwindigkeit muss 10 mal kleiner sein, dann schrumpft auch> die Antenne um den Faktor 10.>> Ist aber nicht unmöglich, nur wissen wir noch nicht wie das geht.
Ist schon lange am Markt: Keramikantenne.
hinz schrieb:>> Die Lichtgeschwindigkeit muss 10 mal kleiner sein, dann schrumpft auch>> die Antenne um den Faktor 10.>>
Dann muss du die Welle doch nur durch ein Medium leiten dass die
Lichtgeschwindigkeit verringert ;-).
Lutz H. schrieb:> Lichtgeschwindigkeit 10 mal größer istMike J. schrieb:> Lichtgeschwindigkeit muss 10 mal kleiner sein
Nur einer kann Recht haben :-)
Hmmm, 10fache Lichtgeschwindigkeit? Zu viel StarTrek konsumiert?
npn schrieb:> 10fache Lichtgeschwindigkeit? Zu viel StarTrek konsumiert?
Es ist möglich dass die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum immer konstant
ist und auch bleibt, egal wohin man sich bewegt.
Wenn jetzt meinetwegen in unsere Galaxie hinein bewegt, dann erhöht sich
vielleicht eine Art von Feld ... oder es verringert sich weil von allen
Seiten ähnlich starke Kräfte ziehen und dadurch verändert sich zum
Beispiel die Masse der Materie und damit die Beschleunigungsfähigkeit
von Materie.
Atome sind ja letztendlich auch nur kleinste Teilchen welche durch eine
Art Feld oder Felder zusammen gehalten werden.
Im Zentrum unserer Galaxie ist es ja bedeutend heller da sich dort viel
mehr Sonnen befinden. Jetzt könnte man meinen dass es deshalb dort
vielleicht lebensfeindlich ist und sich kein Leben entwickeln kann, aber
vielleicht lebt das Leben dort nur schneller.
Für die scheint die Lichtgeschwindigkeit dann langsamer zu sein als es
für uns der Fall ist.
... ich habe auch zu viel StarTrek konsumiert. :-D
Mike J. schrieb:> Es ist möglich dass die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum immer konstant> ist und auch bleibt, egal wohin man sich bewegt.> Wenn jetzt meinetwegen in unsere Galaxie hinein bewegt, dann erhöht sich> vielleicht eine Art von Feld
Nein, die Frequenz! Sowas nennt man Dopplereffekt! Bewegt sich das
Objekt auf dich zu, nennt man es blauverschoben! Geht es weg,
rotverschoben! So misst man z.B. die Rotationsgeschwindigkeit einer
Galaxie. Mann nimmt von einem Element die Spektrallinie und schaut um
wieviel diese verschoben ist. Daraus kann man direkt berechnen wie die
Geschwindigkeit ist.
Kann man sehr gut bei umlaufenden Satelliten beobachten
Alex W. schrieb:> Nein, die Frequenz! Sowas nennt man Dopplereffekt!
Ich meine mit der Bewegung nur dass man sich immer weiter in die Galaxie
hinein bewegt, also man macht jedes mal einen Sprung von ein paar
Lichtjahren, setzt sich dort hin und misst das "Feld" oder nur den
Feldeffekt den man mit dem Wissen, dass die Lichtgeschwindigkeit im
Vakuum konstant ist, ermitteln kann.
Es besteht die Möglichkeit dass diese "Zeit" nur ein Effekt der
Massenträgheit ist und sich dieser durch gravimetrische Kräfte
verändert.
Es ist auch möglich dass ein Lebewesen in einem anderen Sonnensystem die
Zeit anders wahrnimmt als wir es hier tun, allein durch die andere Masse
der dortigen Sonne.
Es ist ja im Moment nicht wirklich viel bekannt da man ja nicht hingehen
und direkt messen kann, es sind nur Theorien die sich vielleicht später
wieder als Unsinn herausstellen könnten.
Das bedeutet dass sich zum Beispiel ein Mensch in dieser Umgebung
(weiter drinnen in der Galaxie) schneller bewegen würde, dass
Oxydationsprozesse schneller ablaufen und Energie viel schneller
verarbeitet und wieder abgegeben werden kann.
Die größere Menge an Energie welche die Sonnen auf die Planeten strahlt
wäre dann relativ zu den anderen Physikalischen Verhaltensweisen eben
vollkommen harmlos.
Das würde allerdings auch die theoretischen Grenze für Leben innerhalb
eines Sonnensystems verschieben, so dass die Suche nach
extraterrestrischem Leben völlig falsche Parameter nutzt die eben auch
falsche Resultate liefern.
X4U schrieb:> hinz schrieb:>>> Die Lichtgeschwindigkeit muss 10 mal kleiner sein, dann schrumpft auch>>> die Antenne um den Faktor 10.>>>>> Dann muss du die Welle doch nur durch ein Medium leiten dass die> Lichtgeschwindigkeit verringert ;-).
Im Schulversuch nimmt man dafür (destilliertes) Wasser. Die
Geschwindigkeit ist ja proportional 1/sqrt(epsilon0) und Wasser hat
niederfrequent 81, so das man den Faktor 9 erreicht.
> Im Schulversuch nimmt man dafür (destilliertes) Wasser. Die
Geschwindigkeit ist ja proportional 1/sqrt(epsilon0) und Wasser hat
niederfrequent 81, so das man den Faktor 9 erreicht.
Nur, dass Niederfrequent eben Niederfrequent meint. Im optischen bereich
wird aus der Dielektrizitaetskonstante der Brechungsindex
(Wurzel...Quadrat). Und der ist fuer Wasser noch bei 1.4 oder so.
Bei Mikrowellen absorbiert Wasser, hat aber trotzdem einen
Brechungsindex.
Fuer mehr Werte zum Brechnungsindex, resp Dielektrizitaetskonstante,
konsultiere man den CRC.
Wobei die Werte nicht alle Sinn machen. Ich komm fuer die
Dielektrizitaetskonstante bei 30GHz eher auf 2 runter, nicht die
angegebenen 12, oder so.
Guido B. schrieb:> Mike J. schrieb:>> ... ich habe auch zu viel StarTrek konsumiert. :-D>> ... und halte dich von Kurt fern! ;-)
Ja, der nimmt dich sonst mit.
Mit zur Realität.
Kurt
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