Neue Photodiode macht nicht nur das WLAN schneller

Arbeitsgruppe stellt optoelektronisches Funkmodul vor

Die Zeitschrift EE|Times Europe berichtet in Ihrer jüngsten Ausgabe über neuartige optische Antennen-Module im 71-76 GHz Bereich, die im Rahmen des europäischer Verbundprojektes iPHOS und des europäischen Initial Training Networks MITEPHO im Fachgebiet Optoelektronik entwickelt wurden.

EE-Times
Das 71-76GHz Transmitter-Modul

Die drahtlose Kommunikation wird immer mehr zu einer Schlüsseltechnologie für viele Wirtschaftsbereiche. In der Kommunikationsbranche sind drahtlose Techniken schon seit einigen Jahren auf dem Vormarsch; z.B. um Endkunden in ländlichen Gebieten den Zugang zur Glasfaserinfrastruktur und damit zum schnellen Internet zu ermöglichen oder auch zur breitbandigen Vernetzung von Basisstationen in modernen Mobilfunksystemen. Zunehmend werden schnelle drahtlose Systeme aber auch in der Industrieautomatisierung, der Automobil­industrie, der Medizintechnik, der Umwelttechnologie und der Verbindungstechnologien eingesetzt.

Eine große Herausforderung stellt die Bandbreiten- und Energieeffizienz angestrebter Lösungskonzepte dar. Zur drahtlosen Übertragung höchster Datenraten im Multi-Gigabit-pro-Sekunden-Bereich werden Bandbreiten benötigt, die ausschließlich im Millimeterwellen-Bereich (30-300 GHz) zur Verfügung stehen. Weltweit haben Regulierungsbehörden die Frequenz­bereiche 57-64 GHz sowie 71-76 GHz und 81-86 GHz für die schnelle drahtlose Kommunikation freigegeben. In der Forschung werden sogar schon Systeme mit Trägerfrequenzen im Bereich von 75-110 GHz und 200-300 GHz untersucht.

Es sind erhebliche technische und wissenschaftliche Fortschritte nötig, um Technologien für solch hochfrequente Systeme zu schaffen, die dem Bedarf gewachsen sind. Zusätzlich muss die Energieeffizienz heutiger Systeme drastisch verbessert werden. Grundsätzlich sind daher neue Überlegungen zur Signalverarbeitung notwendig, die insbesondere eine Verschiebung von der digitalen hin zur analogen Signalverarbeitung und -übertragung ermöglichen.

Optische Systeme bieten in Bezug auf Bandbreite- und Energieeffizienz inhärente Vorteile. Mittels optischer Heterodyntechnik lassen sich die notwendigen Trägersignale im Millimeter­wellen-Bereich energieeffizient generieren und fortschrittliche optische Modulationsverfahren, wie sie zunehmend auch in der Glasfaser-Kommunikation eingesetzt werden, eröffnen Möglichkeiten für eine spektral effiziente und breitbandige Datenmodulation. Auch die direkte Umsetzung der optischen Signale in Funksignale (Fiber to the Antenna, FTTA) ist möglich und damit nicht zuletzt auch der energieeffiziente faseroptische Transport der Signale über weite Strecken (Radio over Fiber).

In der jüngeren Vergangenheit konnten im Fachgebiet Optoelektronik innerhalb des IPHOBAC-Projektes bereits schnelle optische Funksysteme mit einer Datenrate von bis zu 27 Gbit/s im 57-64-GHz-Bereich demonstriert werden. Durch den Einsatz von Polarisationsmultiplex-Verfahren auf der Faser und im Funkkanal konnte diese Datenrate im Experiment sogar auf sensationelle 100 Gbit/s erhöht werden. Die nun im Rahmen von iPHOS entwickelten extrem kompakten Fiber-to-the-Antenna-Module sollen nun auch die Frequenzbereiche 71-76 GHz und 81-86 GHz zugänglich machen. Die entwickelten FTTA-Module wandeln die optischen Signale direkt in ein Millimeterwellen-Funksignal, das dann mit Hilfe der Antenne (z.B. einer Hornantenne wie in Abb. 1 dargestellt) abgestrahlt wird. Die Module basieren auf einer schnellen Indium-Phosphid-Photodiode sowie einem neuartigen, laminatbasierten Trägersubstrat für die direkte Ankopplung der Photodioden an einen WR-12-Hohlleiter.

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