CD-Labor für Verteilte Mikrowellen- und Terahertzsysteme für Sensoren und Datenverbindungen

Dieses CD-Labor widmet sich der Erforschung von Methoden zur Optimierung der Leistungsfähigkeit und Energieeffizienz von Hochfrequenzsystemen (HF-Systemen) in einer Reihe von Anwendungen. Diese Anwendungen reichen von schnellen Verbindungen in Datenzentren bis hin zu Sensoren, die im elektrischen städtischen Luftverkehr eingesetzt werden können.

Viele Dienste und Geräte, die von Menschen täglich genutzt werden, arbeiten im Hochfrequenzbereich. Beispiele hierfür sind die Sprach- und Datenverbindungen von Smartphones sowie verschiedene andere Anwendungen, die für die Endnutzer*innen vielleicht nicht offensichtlich sind: Siehe etwa berührungslos arbeitende Radarsensoren für Autos, die Unfälle durch automatische Stopps verhindern oder sogar autonomes Fahren ermöglichen, Navigationssatelliten oder auch (als nicht-drahtlos kommunizierendes Beispiel) Hochgeschwindigkeitsdatenverbindungen in Daten- und Rechenzentren.

In vielen Bereichen der HF-Technik lässt sich ein Trend zur Nutzung immer höherer Betriebsfrequenzen beobachten, wofür es mehrere Gründe gibt: Erstens erlauben diese besonders hohen Frequenzen eine kompaktere Integration von komplexen Systemen durch Miniaturisierung der Komponenten. Zweitens bieten höhere Frequenzen eine größere verfügbare Bandbreite und ermöglichen so eine bessere Leistung von Sensoren und Datenverbindungen. Und der dritte Grund besteht schlicht darin, dass viele der niedrigeren Frequenzen im HF-Bereich bereits von existierenden Diensten belegt sind, sodass neue Entwicklungen oft auf „höhere Gefilde“ ausweichen müssen.

Da die Nutzung von sehr hohen Frequenzen bis in den THz-Bereich für die genannten Anwendungen aber eigene Herausforderungen mit sich bringt, ist die Forschung dieses CD-Labors so wichtig. Sie konzentriert sich insbesondere auf drei (teilweise überlappende) Themengebiete: So ist in heutigen HF-Systemen das Zusammenspiel zwischen digitaler Signalverarbeitung und analogen Hochfrequenzbereichen zentral. Werden dafür aber sehr hohe Frequenzen genutzt, so treten Effekte auf, die im niedrigeren HF-Bereich vernachlässigbar sind. Diese Effekte gilt es genau zu analysieren, um ihnen entgegenwirken zu können. Ebenso soll erforscht werden, wie (aus verteilten Komponenten wie zahlreichen Antennen bestehende) Gesamtsysteme realisiert werden können, damit sie mit ihren Signalen die gewünschten Distanzen überbrücken können. Und schließlich gilt es, die für die Übertragung notwendigen Schnittstellen und Übergänge sowie deren Anfälligkeit für Störeinflüsse zu untersuchen.

Kurz gesagt konzentriert sich die Forschung des CD-Labors gleichermaßen auf mehrere Teilaspekte auf der einen und HF-Systeme in ihrer Gesamtheit und im Hinblick auf anwendungsspezifische Besonderheiten auf der anderen Seite – etwa in Bezug auf die wichtige Frage, wie integrierte Halbleiterschaltungen in so hohen Frequenzbereichen realisiert werden können.