Polymere für dielektrische Wellenleiter für innovative Sensorik und Signalübertragung - POLYWISE
Herausforderungen
Die rasante Entwicklung in Sensorik und Kommunikationstechnik eröffnet neue Chancen, bringt jedoch auch Herausforderungen mit sich. Ein zentraler Trend ist der Anstieg der Betriebsfrequenzen bis in den Bereich mehrerer hundert Gigahertz. Diese ermöglichen nicht nur deutlich höhere Datenraten, sondern auch wesentlich präzisere Mess- und Sensorsysteme.
Mit steigenden Frequenzen nehmen jedoch auch die Anforderungen an die Komponenten zu. Konventionelle Leitungsstrukturen stoßen hierbei schnell an technische und wirtschaftliche Grenzen. Eine vielversprechende Alternative ist der dielektrische Wellenleiter (DWG). Dielektrische Wellenleiter sind wellenleitende Strukturen für den Millimeterwellen-Bereich, die ausschließlich aus dielektrischen Materialien wie Polymeren gefertigt werden. Dadurch sind diese sowohl kostengünstig als auch recyclebar.
Interdisziplinäres zusammenarbeiten an neuer Schlüsseltechnologie
Die Entwicklung und Charakterisierung dieser Polymermaterialien und dielektrischen Wellenleitern erfordert eine enge Zusammenarbeit zwischen Hochfrequenz- und Kunststofftechnik. Das Ergebnis ist eine interdisziplinär geprägte Technologie mit hoher Leistungsfähigkeit und breitem Anwendungsspektrum, die bestehende Grenzen überwindet und neue Wege für zukünftige Kommunikations- und Sensorsysteme eröffnet.
Materialsynthese und Prozessentwicklung
Derzeit fehlen jedoch noch optimierte Materialien und Fertigungsstrategien, um das Potenzial der DWGs vollständig auszuschöpfen. Besonders kritisch sind die komplexe Permittivität und die Temperaturstabilität der Polymere.
Die angestrebte Innovation liegt in der Entwicklung neuer Polymerkompositionen sowie darauf abgestimmter Herstellungs- und Verarbeitungskonzepte. Sie sollen die Produktion eines optimierten Wellenleitertyps ermöglichen, der Signale im Frequenzbereich mehrerer hundert Gigahertz verlust- und dispersionsarm überträgt.
Die neuen Materialien sollen nicht nur in etablierten Prozessen verarbeitbar sein, sondern auch eine nachhaltige Kreislaufführung ermöglichen. Durch den Verzicht auf knappe Rohstoffe wie Kupfer entsteht eine umweltbewusste, ressourcenschonende und zugleich wirtschaftliche Alternative zu heutigen Wellenleiterlösungen.
Baukastenprinzip für die Hochfrequenztechnik
Dielektrische Wellenleiter eignen sich aufgrund ihrer Wellenausbreitungseigenschaften und der vielseitigen Designmöglichkeiten hervorragend als eine Art Baukastensystem für Hochfrequenzanwendungen. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass sich Signalübertragung, Sensorik und Antennenstrukturen nahtlos miteinander kombinieren lassen und damit funktional ineinander übergehen können.
Um das breite Anwendungsspektrum dieser Technologie zu demonstrieren, werden zwei Demonstratoren für deutlich unterschiedliche Einsatzfelder entwickelt. Zum einen wird eine Datenleitung für den Automobilbereich realisiert, welche die elektrische Leistungsfähigkeit des Materials aufzeigt. Diese stellt insbesondere die Stabilität der elektrischen Eigenschaften über einen weiten Temperaturbereich zu demonstrieren. Zum anderen wird eine Anwendung entwickelt, bei der dielektrische Wellenleiter aufgrund ihrer Interaktion mit der Umgebung als Sensor für die Oberflächencharakterisierung dient. Dabei wird das Material nicht destruktiv auf Homogenität und Oberflächenbeschaffenheit überprüft.
