E-Band-Sender mit Parabolantenne. Die darin verbauten integrierten Schaltungen weisen besonders große Leistungsfähigkeit auf.

E-Band-Sender mit Parabolantenne. Die darin verbauten integrierten Schaltungen weisen besonders große Leistungsfähigkeit auf. Jörg Eisenbeis/KIT

Dem Forscher-Team gelang die Rekord-Datenübertragung auf einer Strecke zwischen Köln und dem 36,7 km entfernten Wachtberg. Das entspricht in etwa der Übertragung des Inhalts einer handelsüblichen DVD in zehn Sekunden. Die Stationen standen auf dem 45-stöckigen Uni-Center in Köln und dem Gelände des Weltraumbeobachtungsradar ‚Tira‘ am Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik in Wachtberg. Die extrem hohe Datenrate von 6 Gbit/s erzielte die Gruppe durch leistungsfähige Sender und Empfänger bei einer Radiofrequenz von 71 bis 76 GHz im für den terrestrischen und Satellitenfunk freigegebenen E-Band. Nur in diesem Frequenzbereich mit Millimeterwellen stehen die erforderlichen hohen Nutzbandbreiten zur Verfügung, um die enormen Datenraten zu verwirklichen.

Sichtpeilung ausgehend vom Sender auf dem Uni-Center Köln zum Radom des Fraunhofer FHR in Wachtberg (als Kuppel am Horizont rechts unter dem Kreuz erkennbar).

Sichtpeilung ausgehend vom Sender auf dem Uni-Center Köln zum Radom des Fraunhofer FHR in Wachtberg (als Kuppel am Horizont rechts unter dem Kreuz erkennbar). Jörg Eisenbeis/KIT

Über große Entfernungen schwächen die gesendeten Signale ab. Entsprechend stark muss gesendet werden und entsprechend leistungsfähig muss am Ende der Verstärker sein. Schlüssel zu der Kombination aus Gigabit-Datenrate und Höchstdistanz bilden die leistungsfähigen Sender und Empfänger in Form von monolithisch integrierten Millimeterwellen-Schaltungen (MMICs). Im Sender werden die breitbandigen Signale mithilfe von Leistungsverstärkern auf Basis des neuartigen Verbindungshalbleiters Galliumnitrid auf eine vergleichsweise hohe Sendeleistung von bis zu 1 W gebracht. Eine hoch gerichtete Parabolantenne strahlt die Signale ab. Im Empfänger sind rauscharme Empfangsverstärker auf Basis von Höchstgeschwindigkeits-Transistoren, unter Verwendung von Indium-Gallium-Arsenid-Halbleiterschichten mit sehr hoher Elektronenbeweglichkeit, eingebaut. Sie sorgen für die Detektion der über die Entfernung äußerst stark abgeschwächten Signale.

Die Ergebnisse könnten unter anderem Anwendung im Internet der Dinge und Industrie 4.0 finden, denn die Verarbeitung und Übertragung in cloudbasierten Diensten bringt die Kommunikationsinfrastruktur bereits heute an ihre Grenzen.

Durchgeführt wurden die Versuche innerhalb des Verbundprojekts Access (Advanced E-Band Satellite Link Studies) von Forschern der Universität Stuttgart, dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT), der Radiometer Physics GmbH und dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF.