Neue Phasenschiebertechnologie für adaptive Mobilfunksysteme
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Während sich das Gebiet der „Magnonik“ ganz allgemein mit der Erzeugung, Steuerung und Verarbeitung von Spinwellen – auch Magnonen genannt – in magnetischen Materialien befasst, lassen sich durch die Kombination mit MEMS-Technologien besonders leistungssparende, chip-integrierbare und rekonfigurierbare Systeme für Hochfrequenzanwendungen entwickeln. Im Zentrum der aktuellen Arbeiten steht die Realisierung eines Multikanal-Phasenschiebers auf Basis von propagierenden Spinwellen, einstellbar über die Auslenkung mikromechanischer Biegebalken.
Mit Phasenschiebern lassen sich in modernen Mobilfunk- und Radarsystemen die Richtung, Form und Überlagerung elektromagnetischer Wellen aktiv steuern. Bisher sind für diese Aufgaben meist viele elektronische Einzelbauelemente mit hohem Platz- und Energiebedarf nötig; der neue Ansatz hingegen verspricht platz- und leistungssparende Systeme.
Aus Forschung wird Realität: Vorstellung des neuen Phasenschiebers
Mit dem Mehrkanal-Phasenschieber entwickeln die Forschenden einen zentralen Funktionsbaustein für adaptive Mobilfunksysteme. Durch die gezielte Beeinflussung der Abstrahlcharakteristik von Mobilfunkantennen (Beamforming) lassen sich die Sendeleistung optimieren und die Signalstabilität in der Versorgungszone maximieren.
Ein Höhepunkt des Workshops „Microscopic magnetic systems for RF applications“ am 4. und 5. Mai 2026 war die Live-Demonstration des im Projekt entwickelten und gefertigten Phasenschiebers. Das mikromagnetische Bauelement demonstrierte eindrucksvoll das Potenzial der neuen Technologie: Durch angelegte Spannungssignale bei minimalem Stromfluss kann die Phase von Funksignalen um mehr als 360° verschoben werden – und zwar auf kleinstem Raum in vier parallelen, einzeln steuerbaren Kanälen.
Die Demonstration verdeutlichte damit die erfolgreiche Überführung wissenschaftlicher Erkenntnisse in ein funktionsfähiges Bauelement. Die konkreten Anwendungsperspektiven liegen im Bereich des adaptiven Beamformings: In 5G- und 6G-Netzen ermöglicht dies eine präzise Ausrichtung des Signals auf einzelne Endgeräte, während in der Satellitenkommunikation und in Radarsystemen die Antennen ohne mechanische Bewegung schnell und energieeffizient gesteuert werden können.
Europäisches Netzwerk stärkt Entwicklung mikromagnetischer Systeme
Das „M&MEMS“-Konsortium unter der Leitung von Philipp Pirro (RPTU Kaiserslautern-Landau) vereint neun Partnerinstitutionen aus Wissenschaft und Industrie aus sechs europäischen Ländern. Von der TUM sind Markus Becherer und Johannes Greil, Professur für Chip-Based Magnetic Sensor Technology, beteiligt. Das Projekt wird im Rahmen des EU-Programms Horizon Europe mit einem Budget von etwa 3,3 Mio. € für den Zeitraum von 2022 bis 2026 gefördert.
Das Treffen an der TUM brachte neben den Projektpartnern zahlreiche renommierte Persönlichkeiten aus der europäischen Forschungslandschaft zusammen. Darüber hinaus nahmen Vertreter führender Technologieunternehmen teil, darunter Rohde & Schwarz, Infineon Technologies und Huawei.
Neben der Präsentation der Forschungsergebnisse stand der fachliche Austausch im Fokus des Treffens. Verschiedene Diskussionsrunden erörterten Strategien, um die Entwicklung mikromagnetischer Bauelemente für Hochfrequenzanwendungen voranzutreiben. Dabei diskutierten die Teilnehmenden technologische Herausforderungen wie die Skalierbarkeit der Bauelemente zu noch kleinerem Flächenverbrauch und geringeren Verlusten sowie deren Herstellung im Industriemaßstab. Ebenso beleuchteten sie Möglichkeiten zur stärkeren Vernetzung von Forschung und Industrie.
Mit dem Projekt „M&MEMS“ leistet die TUM gemeinsam mit ihren Partnern einen wichtigen Beitrag zur Stärkung der europäischen Innovationskraft in den Bereichen Hochfrequenztechnologie und Mikrosystemtechnik.
Kontakt
Technische Universität München
Professorship of Chip-Based Magnetic Sensor Technology
Markus Becherer
markus.becherer@tum.de | +4989 289 51060
Johannes Greil
johannes.greil@tum.de | +4989 289 51057
Spinwellen für Hochfrequenzbauelemente der nächsten Generation?
Youtube-Ausschnitt: Markus Becherer bei Wissenschaft für jedermann: Markus Becherer spricht in der Reihe “Wissenschaft für jedermann” des Deutschen Museums über magnetische Bauelemente für spin-basierte Signalverarbeitung und Sensorik. Er erklärt, wie sich mit den entwickelten Methoden Materialeigenschaften gezielt einstellen lassen und wie sie in der Signalverarbeitung eingesetzt werden können.
