Was ist eine Metamaterial-Antenne?

Eine Metamaterialantenne ist eine sehr kleine und leistungsstarke Antenne, die auf der Oberfläche einer Leiterplatte hergestellt werden kann. Es besteht aus Metamaterial, das aus mikroskopischen Elementen besteht, die den Durchgang von Radiofrequenzwellen mit einer höheren Effizienz ermöglichen als bei herkömmlichen Materialien. Es wird als Material mit einem Index nahe Null klassifiziert und biegt und reflektiert elektromagnetische Strahlung senkrecht zum Substrat. Die Antenne kann unter Verwendung typischer Schaltungsmaterialien und Kupfer auf eine Leiterplatte geätzt werden, so dass der Herstellungsprozess schnell und kostengünstig ist. Solche kleinen Antennen können auf jeder Leiterplatte enthalten sein und wurden in Mobiltelefonen und verschiedenen Handgeräten verwendet.

Dieses Material ermöglicht es Antennen, Radiofrequenzwellen zu biegen, so dass der Wirkungsgrad sogar höher ist als bei größeren Arten von Antennen. Der größte Teil des Signals wird aufgrund des hohen Brechungsindex oder der Fähigkeit des Materials, Strahlung wegzuleiten, von der Antenne abgestrahlt, anstatt sie zurück zu reflektieren. Eine Metamaterialantenne hat im Gegensatz zu Substanzen wie Glas oder Luft einen negativen Brechungsindex. Bei einem Bruchteil der Größe von Wellenlängen handelt es sich bei Metamaterialien um Verbundwerkstoffe, die je nach den von der Anwendung benötigten Funktionen hergestellt werden können. Miniaturisierte Antennensysteme eignen sich für die drahtlose Kommunikation, da sie die hohe Leistung und Geschwindigkeit unterstützen, auf die sich viele Menschen und Unternehmen verlassen.

Diese physikalischen Eigenschaften ermöglichen eine Klasse von Metamaterial-Antennen, die effizient sind, so dass beispielsweise Mobiltelefone nicht so viel Strom verbrauchen. Der Platzbedarf auf Leiterplatten ist geringer als bei herkömmlichen Antennen, sodass eine Metamaterialantenne auf einer kleineren Platine platziert werden kann und gleichzeitig Platz für die verschiedenen Komponenten bleibt, die das Gerät benötigt. Seit die Technologie vor etwas mehr als einem Jahrzehnt erforscht und weiterentwickelt wurde, sind ab 2011 Millionen dieser Antennen auf dem Markt und die Produktion wächst weiter.

Drahtlose Kommunikation ist nur eine der Anwendungen von Metamaterial, beispielsweise die Implementierung von 4G-Kommunikationssystemen für Endverbraucher- und Geschäftsgeräte. Eine Metamaterial-Antenne kann sowohl für die Notfallkommunikation als auch für geologische Zwecke und zur Überwachung der Aktivität in Tunneln verwendet werden. Metamaterial lenkt Licht und andere Signale anders ab als jedes andere in der Natur vorkommende Material. Wissenschaftler haben spekuliert, dass eine Metamaterialantenne nicht mehr nur für die Herstellung von Linsen oder Beschichtungen verwendet werden kann, die Objekte unsichtbar machen.