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Forschungsprojekt von DFG und Fraunhofer

Mehr Reichweite für Funksensoren

Im Projekt »MEMS-basierte parametrische Verstärker für Reichweitenoptimierung drahtloser Sensornetze« werden neue Verstärker für Funkschnittstellen entwickelt.
Im Projekt »MEMS-basierte parametrische Verstärker für Reichweitenoptimierung drahtloser Sensornetze« werden neue Verstärker für Funkschnittstellen entwickelt. Ziel ist eine höhere Reichweite bei weniger Sendeenergie, um entlegene oder schwer mit Energie zu versorgende Messstellen mit Sensoren auszustatten.
© Fraunhofer IPMS

Am Fraunhofer IPMS wird ein neuer MEMS-Verstärker für Funkschnittstellen entwickelt. Er soll die Reichweite von drahtlosen Sensornetzen erhöhen. Dafür steht ein Teil eines 4,5 Millionen Euro Fördertopfes zur Verfügung.

Das Forschungsprojekt ist eines von insgesamt fünf geförderten Projekten, die aus dem Fördertopf schöpfen dürfen. Beteiligt sind drei Projektpartner. Den MEMS-Verstärker entwickelt das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS, der dann von der TU Hamburg in einen Funkempfänger integriert und vom Industriepartner Actemium BEA in Automatisierungs- und Förderungsanlagen für den Tagebau und an dezentralen Messstellen getestet wird.

Reichweite und Batterielaufzeit erhöhen

Im Förderprojekt sollen batteriebetriebene, industrielle Funksensorknoten entwickelt werden, die eine hohe Reichweite bei langer Batterielaufzeit ermöglichen. Den Bedarf dafür sieht das Fraunhofer IPMS als hoch, da bei industriellen Anwendungen Energy-Harvesting-Konzepte häufig nicht genutzt werden könnten, entweder weil solare Energie oder andere Quellen nicht in ausreichendem Maße zur Verfügung stünden oder Größen- und Gewichtslimitierungen Konzepte zur Energiegewinnung verbieten. In der Regel sind die einzelnen Messstellen auch weit verteilt, sodass für das Senden und Empfangen viel Batteriekapazität benötigt wird. Im Forschungsprojekt konzentriert man sich mit der Funkschnittstelle auf den größten Verbraucher im Sensorknoten.

Grundlagen aus Vorgängerprojekt

Zur Energieoptimierung wurde in einem Vorgängerprojekt bereits ein Aufweckempfänger (wake-up receiver, WuRX) entworfen. Er wird nun um die MEMS-Verstärkertechnik ergänzt. Laut Fraunhofer-Institut besteht das grundlegende Prinzip darin, die Energie für den Verstärker aus einer hochfrequenten elektromechanischen Anregung durch einen MEMS-Oszillator zu generieren.

Die Verbesserungen in Reichweite und Energieeffizienz sollen den Weg zur Kommerzialisierung des Systems bahnen. Anwendungsgebiete gibt es in der digitalen Landwirtschaft, der Bodenschätzegewinnung und in verteilten Messstationen zur Umweltüberwachung. Das Fraunhofer-Institut zielt außerdem auf weiße Ware ab - Kühlschränke, Geschirrspüler, Waschmaschinen. Die Sensorplattform soll sich sehr flexibel in viele Anwendungen integrieren lassen und auch für die Übertragung von größeren Datenmengen geeignet sein.

Das Forschungsprojekt wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und der Fraunhofer-Gesellschaft als eines von fünf aus insgesamt 16 Anträgen ausgewählt. Die Förderung läuft über drei Jahre.

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