Automatisch optimiert

Viele Geräte des täglichen Gebrauchs sind auf Antennen angewiesen. Die Entwicklung dieser zumeist winzigen Bauteile ist jedoch überaus komplex. An der Universität Innsbruck arbeitet man deshalb an einer Software, die den Prozess erleichtern soll.

Auch wenn man sie fast nie zu Gesicht bekommt: Antennen sind tatsächlich überall, und wir benutzen sie täglich, ohne es zu wissen. Sie finden sich unter anderem in Smartphones, Autoschlüsseln oder Staubsaugerrobotern und werden in den meisten Fällen eigens dafür konstruiert. Die Entwicklung solcher Maßanfertigungen ist jedoch äußerst kostenintensiv, sodass sich in der Regel nur Unternehmen mit entsprechenden finanziellen Mitteln selbst darum kümmern können.

Dominik Mair vom Institut für Mechatronik an der Universität Innsbruck will das ändern. Er tüftelt an einer Software, die sowohl beim Entwurf als auch bei der Optimierung zweidimensionaler Antennen helfen soll – und das alles vollautomatisiert.

Platzwahl

„Die Konstruktion spezieller Antennen ist normalerweise mit erheblichem Aufwand verbunden“, erklärt Mair. „Je weiter die gewünschte Form von der Norm abweicht, desto schwieriger wird es.“ Durch das von ihm entwickelte Programm soll dieser Prozess in Zukunft jedoch vereinfacht werden. Der Schlüssel dabei werde eine Automatisierung sein, wie der Wissenschaftler verrät: „Für die Software genügt es, die Parameter für die Anwendung zu beschreiben. Den Rest übernimmt der Algorithmus, der einen passenden Entwurf liefert.“

Dafür erstellt das Programm eine zweidimensionale Ansicht des Geräts, in das die Antenne integriert werden soll, und wandelt sie in kleine, digitale Bildpunkte (also Pixel) um. Mit diesen Pixeln können der beste Platz sowie die ideale Form für die Antenne ermittelt werden.

Digitale Evolution

Auf Basis dieser „Pixelierung“ generiert bzw. simuliert die Software unterschiedliche und anfangs rein zufällige Antennendesigns, die immer wieder bewertet und schrittweise verbessert werden, bis schließlich die perfekte Blaupause für den jeweiligen Zweck gefunden wird.

„Die Entwürfe bekommen quasi digitale Kinder, die Eigenschaften ihrer Eltern übernehmen“, erzählt Mair. „Man kann sich das ein bisschen vorstellen wie bei der Evolution. Sie liefert die Vorlage des Optimierungsprozesses, der im Hintergrund abläuft: Nur der am besten Angepasste überlebt.“

Gedacht für jeden

Alles in allem arbeitet Mair bereits seit 2019 an dem Projekt, wobei es ihm zufolge knapp drei Jahre bis zu einem ersten Antennenentwurf gedauert habe. Von der Erfindung selbst sollen letzten Endes auch regionale bzw. kleinere Betriebe profitieren, denn diese haben im Gegensatz zu globalen Playern meist nicht die Ressourcen, eigene AntennenentwicklerInnen zu beschäftigen. „Bislang braucht es noch jemanden mit entsprechender Expertise, um das Programm zu bedienen“, erläutert Mair. „Aber wir arbeiten darauf hin, dass künftig auch Laien, die sich nicht mit Antennen auskennen, individuell angepasste Teile von der Software generieren lassen können. Das ist das große Ziel.“  

Antenne ≠ Antenne

Eine Antenne dient dazu, elektromagnetische Wellen aus der Luft aufzufangen, um sie anschließend verarbeiten zu können. Sie kommt überall zum Einsatz, wo man kabellos Daten übertragen möchte, weshalb sie vor allem für smarte Technologien immer wichtiger wird. Je nach Anwendungsgebiet muss sie spezielle Voraussetzungen aufweisen. Neben den Umgebungsma­te­ria­lien sind Frequenz und Richtwirkung etwa die wichtigsten Parameter.

Zur Person

Dominik Mair war bereits während seines Mechatronikstudiums als wissenschaftlicher Mitarbeiter und Laborassistent in der Arbeitsgruppe für Mikroelektronik und Implantierbare Systeme am Innsbrucker Institut für Mechatronik tätig. Ebendort forscht er heute im Rahmen einer Postdoc-Stelle an der automatischen Entwicklung und Optimierung von Antennen.

  • AXS8397

    Die entwickelten Antennen werden gemeinsam auf einer Platine gefertigt und anschließend ausgeschnitten.

Automatisch optimiert
Die Tests der Antennen werden in einer sogenannten Absorberkammer durchgeführt. Diese schirmt vor äußeren elektromagnetischen Einflüssen ab und ermöglicht so genaue und reproduzierbare Messungen.

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