Glassomer Technologie für Skalierbare THz Antennenarrays (GlaSTA)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Waldschmidt; Professor Dr.-Ing. André Zimmermann
• Fachliche Zuordnung: Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 556014609

Mit der kontinuierlichen Erhöhung der Trägerfrequenzen in modernen Kommunikations- und Sensoriksystemen bis in den Sub-Millimeterwellenbereich werden in Zukunft große Antennenarrays mit flexibel steuerbarer Hauptkeule auch für diese Frequenzen erforderlich sein. Im vergangenen Jahrzehnt wurden bereits zahlreiche Chip-integrierte Antennen sowie Antennenarrays veröffentlicht, die im Frequenzbereich z.T. weit über 100 GHz arbeiten. Allerdings gab es bislang keine erfolgversprechenden Ansätze zur Skalierung der Arrays hin zu großen, zweidimensionalen, dicht besetzten Antennenarrays. Dies scheiterte entweder an den Abmessungen der Antennenelemente mit ihrer Aufbau- und Verbindungstechnik oder an den Anforderungen an die Toleranzen, aufgrund derer eine dichte Anordnung mehrerer MMICs nebeneinander nicht umgesetzt werden konnte. Die Glassomer-Technologie ist ein neuartiger Ansatz in der Materialwissenschaft und Mikrofertigungstechnologie. Sie ermöglicht die Herstellung von Glasstrukturen mit hoher Präzision und dreidimensionaler Strukturkontrolle mittels Glasspritzguss bzw. Glasspritzprägen. Der Begriff "Glassomer" setzt sich aus den Wörtern "Glass" (Glas) und "Polymer" zusammen, da es sich um ein Hybridmaterial handelt, das Eigenschaften von Glas und Polymeren kombiniert. Die Glassomer-Technologie mit der Möglichkeit, hochgenaue 3D-Strukturen zu realisieren, ist für skalierbare, dicht besetzte Antennenarrays im Frequenzbereich über 300 GHz eine Schlüsseltechnologie. Die Glassomer-Technologie wird dabei nicht nur zur Positionierung der MMICs verwendet, sondern dient auch als eine 3D-strukturierbare Hochfrequenz (HF)-Übergangsstruktur zwischen den Chip-integrierten Antennen und dem Freiraum. Folglich ist das Hauptziel dieses Projekts Konzepte für dicht besetzte, 2D-skalierbare THz-Antennenarrays mithilfe der Glassomer-Technologie zu erforschen. Dazu müssen zunächst messtechnisch die dielektrischen Materialparameter der Glassomere bestimmt werden. Anschließend können mit den verifizierten Materialparametern Konzepte für Einzelstrahler aus Glassomer-Bauteilen erforscht werden, die über elektromagnetische Kopplung vom MMIC gespeist werden. Zur Realisierung der spritzgeprägten Glassomer-Bauteile werden Konzepte für prozess- und chargenstabile Fertigungsmöglichkeiten erarbeitet, welche hinsichtlich der geometrischen Toleranzen optimiert werden. Außerdem ist für Hochfrequenzanwendungen die Metallisierung der Glassomer-Bauteile eine Schlüsseltechnologie. Deshalb sollen Konzepte für einen 2,5D-fähigen und skalierbaren Metallisierungsprozess der Glassomer-Bauteile erarbeitet und verifiziert werden. Damit sollen unterschiedliche Konzepte für dicht besetzte THz-Antennenarrays simuliert und bzgl. ihres Abstrahlverhaltens, ihres Gewinns, ihrer Bandbreite und ihrer Komplexität bewertet werden. Abschließend soll das vielversprechendste THz-Antennenarray-Konzept aufgebaut und messtechnisch verifiziert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen