Patent für Metamaterial-Funkschnittstelle
Der US-amerikanische Metamaterial-Pionier Rayspan hat ein grundlegendes Patent auf seine Antennen aus Metamaterial-Strukturen erteilt bekommen.
Die Funkschnittstelle ist ein wesentlicher Bestandteil jedes drahtlosen Geräts. Sie umfasst die Antenne(n) sowie eine Reihe von HF-Frontend-Bauteilen wie Filter, Schalter, Koppelglieder, Diplexer, Duplexer und Endstufen. Gleichzeitig stellt sie inzwischen aber auch eine der schwierigsten Systemintegrationsprobleme dar, der sich die Wireless-Branche gegenüber sieht. Weil die neuen Standards – z.B. in MIMO-Systemen (Multiple-Input, Multiple-Output) – den Einsatz mehrerer Frequenzbänder, komplexer Modulations-Schemata und verschiedener Betriebsmodi und Kanäle erfordern, machen es der Größen- und Platzbedarf der einzelnen Komponenten schwierig, für eine einigermaßen kompakte Größe des Endgeräts bei gleichzeitig angemessener Leistungsfähigkeit zu sorgen.
Rayspan adressiert genau diese Anforderungen mit seinen Metamaterial-Funkschnittstellen. Metamaterialien an sich sind künstlich strukturierte Verbundwerkstoffe, deren Durchlässigkeit für elektrische und magnetische Felder Werte aufweisen, die in den Ausgangsmaterialien nicht vorkommen. Sie bestehen aus regelmäßigen Mustern metallischer Objekte, deren Form und Beschaffenheit so gewählt ist, dass das Metamaterial die gewünschten elektromagnetischen Eigenschaften erhält.
Die Metamaterial-Antennenstrukturen von Rayspan verfügen über die Fähigkeit, elektromagnetische Felder und Ströme sehr nah entlang der Antennenstruktur zu konzentrieren, statt diese über die Antennenbasis zu verteilen. Dadurch ist die Kopplung der Antennen untereinander wesentlich geringer. Die Beseitigung der gegenseitigen Antennenkopplung in einer MIMO-Gruppe ermöglicht wiederum vollständig dekorrelierte Mehrwegkanäle, so dass die vollen MIMO-Durchsatzraten und Reichweiten erreicht werden können. Nach Herstellerangaben können dank Metamaterial-MIMO die Abmessungen und der Abstand der Antenne voneinander weniger als ein Fünfzehntel der Wellenlänge betragen. Zudem nähmen diese Antennen, da sie direkt auf die Leiterplatte des Mobilgerätes gedruckt werden, praktisch keinen Raum ein. Und nicht zuletzt sei ihre Herstellung sehr einfach und ausgesprochen kostengünstig, so dass sie auch kommerziell schnell und erfolgreich eingesetzt werden könnten.
Rayspan verfügt über 65 erteilte bzw. angemeldete Patente hinsichtlich seiner Metamaterialien-Technologie. Die Ansprüche des nun erteilten Patents betreffen eine ganze Reihe von Metamaterial-Erfindungen, die die Grundlage für Rayspans extrem miniaturisierte Antennen und die entsprechenden Funkschnittstellen-Bausteine und -Systeme bilden. Sie umfassen die extrem kompakte Implementierung von Breit- und Mehrband-Antennen, Filtern, Kopplern, Diplexern und Duplexern für alle Arten von WLAN- und Mobilfunk-Anwendungen. Darüber hinaus ermöglichen die besonderen Eigenschaften der Metamaterialien hochintegrierte Lösungen, die von miniaturisierten Antennen- Arrays, wie z.B. MIMOs, bis zu kompletten HF-Frontend-Systemen reichen. Im Rahmen des Rayspan-Lizenzmodells lassen sich die Lösungen schnell und kostengünstig implementieren.
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