300-GHz-Übertragungssystem bestehend aus autarken Sende- und Empfangseinheiten.

Die weltweiten Datenautoabahnen werden immer voller - kein Wunder, dass drahtlose Übertragungswege immer attraktiver werden. Doch die gegenwärtigen Systeme wie WLAN oder Bluetooth haben ihre Grenzen: Sie übertragen die Daten mit Taktraten von maximal einigen Gigahertz (einer Milliarde Schwingungen pro Sekunde). Will man die übertragene Datenmenge steigern, müssen die Taktraten noch schneller werden. So rückt der Bereich der Terahertzwellen (1000 Milliarden Schwingungen pro Sekunde) ins Visier - zumindest für kurze Reichweiten wie beispielsweise innerhalb von Räumen. Doch bislang ist es hier äußerst schwierig, genügend Sendeleistung zu erzeugen und zu übertragen. Das könnte sich jetzt ändern. Ingenieure und Physiker des Terahertz Communications Lab in Braunschweig, einer Kooperation der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) und der Technischen Universität Braunschweig, haben jetzt weltweit erstmals erfolgreich ein Videosignal bei einer Frequenz von 300 GHz über 22 Meter hinweg übertragen und so gezeigt, dass die Übertragung von Nutzdaten mit Terahertzwellen möglich ist.

Durchgeführt wurde der Demonstrationsversuch in einem langen Flur der PTB vom Absolventen der TU Braunschweig Christian Jastrow. Bis Terahertz-Wellen in den WLANs von übermorgen eingesetzt werden können, ist jedoch noch einiges an Forschungsarbeit zu leisten. „Unser Experiment ist erst der erste Schritt auf einem langen Weg. In Kürze wollen wir die Datenraten steigern und 1-2 Gigabit pro Sekunde übertragen“, so Jastrow der jetzt an der PTB promoviert.

Das berühmte Moore'sche Gesetz, das für die Leistungsfähigkeit von Computern gilt, kann man genauso gut auf das Volumen von drahtlos übertragenen Daten anwenden: Auch hier haben sich im Schnitt alle 18 Monate die Datenraten verdoppelt. So ist die Zeit von WLAN und Bluetooth gezählt: Diese Technik wird bald schlicht zu langsam sein.
Doch will man höhere Taktraten, muss man noch einige Probleme lösen, die der Bereich der Terahertzwellen eben mit sich bringt: Sie sind zwar schnell, aber nicht besonders energiereich; diese Art von elektromagnetischer Strahlung (Terahertzstrahlung bewegt sich zwischen Infrarot- und Mikrowellenstrahlung und ist im Grunde nichts anderes als sanfte Wärmestrahlung) wird schnell von der Atmosphäre geschluckt.
Darum konzentriert sich die Forschung zunächst darauf, sie für kurze Reichweiten, also zum Beispiel innerhalb von geschlossenen Räume oder höchstens innerhalb von einzelnen Gebäuden nutzbar zu machen. Hier allerdings erhoffen sich die Wissenschaftler schnelle Erfolge, denn auch der technische Fortschritt bei der Entwicklung der nötigen Bauteile (neuartigen Halbleiterbauelementen und Integrationstechniken für planare Schaltungen) lässt erwarten, dass es demnächst gelingt, geeignete Komponenten für kompakte und damit marktfähige Kommunikationssysteme zu bauen.

Vor diesem Hintergrund ist im Jahr 2006 das Terahertz Communications Lab gegründet worden: Wissenschaftler der TU Braunschweig (drei Labore) und der PTB (ein Labor) haben darin ihre Kompetenzen gebündelt, um gemeinsam Terahertz-Kommunikationssysteme zu entwickeln sowie die Eigenschaften dieses Übertragungsweges zu erforschen. Aufgabe der PTB ist es dabei, an der Entwicklung von Messtechnik für zukünftige Komponenten und Systeme mitzuarbeiten.

Um die Übertragungseigenschaften von Terahertz-Kommunikationssystem zu untersuchen, wurde ein 300-GHz-Übertragungssystem auf Basis von Schottky-Diodenmischern aufgebaut. Damit haben die Wissenschaftler jetzt als Demonstrationsexperiment weltweit zum ersten Mal ein Videosignal bei einer Frequenz von 300 GHz über 22 Meter hinweg übertragen. Es ist also möglich, Nutzdaten auf diesem Wege zu übertragen. Man könnte auch sagen: Das Terahertz-Zeitalter hat begonnen!

Wissenschaftliche Originalveröffentlichung:

Ansprechpartner:
Dr. Thomas Kleine-Ostmann, PTB-Arbeitsgruppe 2.21 Elektromagnetische Felder, Tel. (0531) 592 2210, E-Mail: thomas.kleine-ostmann@ptb.de