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Rauschärmere Datenübertragung in der Satellitenkommunikation
Redaktion
/ idw / Pressemitteilung Fraunhofer-Instituts für Angewandte Festkörperphysik
astronews.com
6. Januar 2023
Um dem weltweit rasant wachsenden Datenkonsum und dem
steigenden Bandbreitenbedarf gerecht zu werden, weicht die
Satellitenkommunikation auf höhere Frequenzen aus. Das W-Band eignet sich gut
für die Nutzung im Weltraum, doch bislang fehlt es an technischen Komponenten.
Das Projekt BEACON will dies nun ändern.
Das W-Band-Empfangsmodul soll zukünftig eine rauscharme Datenübertragung in der
Satellitenkommunikation ermöglichen – wie beispielsweise in dem hier
abgebildeten Nanosatelliten W-Cube.
Bild:
Fraunhofer IAF [Großansicht] |
Aufgrund der begrenzten Bandbreite wird es zunehmend schwieriger, die
steigende Nachfrage nach höheren Datenraten in Satellitensystemen mit sehr hohem
Datendurchsatz zu befriedigen. Um dem Bedarf gerecht zu werden, wird die Nutzung
höherer Frequenzen angestrebt. Das W-Band (75–110 GHz) ist für Anwendungen im
Bereich der Satellitenkommunikation gut geeignet: Es bietet nicht nur einen
hohen Datendurchsatz bei der Nutzung in großen Höhen und im Weltraum, sondern
man geht auch davon aus, dass dadurch die Systemkapazität erheblich gesteigert,
die Zahl der Gateway-Bodenstationen verringert und damit die Gesamtkosten des
Systems reduziert werden können. Allerdings mangelt es bislang an geeigneter
Technologie und Hardware für Anwendungen im W-Band-Frequenzbereich.
Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF hat sich
gemeinsam mit der RPG-Radiometer Physics GmbH dieser Herausforderung im Projekt
"BEACON – W-band Integrated Active Receive Front-End" angenommen: Darin
entwickeln die Projektpartner ein integriertes aktives W-Band-Empfangsmodul mit
einer Betriebsfrequenz von 81 bis 86 GHz, das extrem hohe Datenraten bzw. eine
Datenübertragung über eine große Entfernung mit geringem Stromverbrauch
ermöglichen soll.
Das Empfangsmodul basiert auf der extrem rauscharmen MMIC-Technologie des
Fraunhofer IAF (MMIC steht für "Monolithic Microwave Integrated Circuit", also
"Monolithisch integrierte Mikrowellenschaltung"). "Das Fraunhofer IAF hat in den
letzten Jahren enorme Entwicklungsarbeit im mHEMT-Prozess geleistet und sich
eine Kernkompetenz darin erworben, Verstärker mit dem weltweit geringsten
Rauschen zu entwickeln. Auf dieser Grundlage wird im Projekt eine Reduzierung
der Rauschzahl auf unter 3,5 dB und damit eine erhebliche Verbesserung des State
of the Art angestrebt", erklärt Dr. Philipp Neininger, Projektkoordinator und
Forscher am Fraunhofer IAF.
Zudem ist das Empfangsmodul so konzipiert, dass es die linke und die rechte
zirkuläre Polarisation trennt und in zwei getrennten Kanälen (LHCP und RHCP)
verstärkt, was einer effektiven Verdoppelung des Datendurchsatzes dient. Eine
große Herausforderung im BEACON-Projekt stellt die neuartige Anordnung der
Komponenten auf der sehr geringen Modulfläche dar. Der neue Ansatz sieht die
Integration einer Vielzahl von Funktionen innerhalb einer sehr kleinen
Grundfläche vor: Dazu gehören der Polarisator, die Hohlleiterübergänge zu zwei
einzelnen Verstärkern, zwei koaxiale Ausgangsanschlüsse und die zugehörige
DC-Schaltung.
"Die Kombination dieser Merkmale – extrem geringes Rauschen, zwei
unterschiedliche Polarisationen und ein innovatives Array – bringt einen enormen
technologischen Fortschritt im Bereich der W-Band-Komponenten", fasst Neininger
das Projektvorhaben zusammen. Erst vergangenes Jahr wurden zum ersten Mal
Satellitensignale im W-Band-Frequenzbereich aus dem Weltraum empfangen (astronews.com
berichtete). Der Nanosatellit W-Cube begann im Sommer 2021 seine Reise an
Bord einer Falcon-9-Rakete zum polaren Orbit und sendet seitdem erfolgreich
Satellitensignale bei 75 GHz aus 500 Kilometern Höhe zur Erde. Das Fraunhofer
IAF hatte für diese Mission bereits das Sendermodul des Satelliten sowie das
Empfängermodul der korrespondierenden Bodenstation entwickelt.
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