Verteidigung

Produktentwickler wünschen sich möglichst viele Freiheitsgrade bei Entwicklung und Design. Metamaterialien könnten diese Freiheitsgrade künftig erweitern: Deren Eigenschaften und Frequenzcharakteristik lassen sich, anders als bei herkömmlichen Materialien, von den Entwicklern selbst einstellen – möglich sind dabei auch Werte, die in der Natur nicht vorkommen. Herstellbar sind beispielsweise Materialien, in denen sich Wellen in bestimmten Frequenzbereichen nicht ausbreiten können. Denn Metamaterialien bestehen aus Zellen, die z. B. mit Leiterplattentechnologie oder 3D-Druck hergestellt werden und die deutlich kleiner sind als die Wellenlänge.

Einen weiteren Freiheitsgrad schaffen Metamaterialien unter anderem bei der Entwicklung von Antennen: Über sie lassen sich zum Beispiel gezielt spezielle Abschirmeigenschaften oder Wellendämpfungseigenschaften realisieren. Doch wie lassen sich militärische Radarsysteme über Metamaterialien verbessern? Dies untersucht das Fraunhofer FHR gemeinsam mit der spanischen Firma Tafco Metawireless S.L. und der ebenfalls spanischen Universidad Pública de Navarra im Projekt METALESA II für die European Defence Agency. Das Fraunhofer FHR widmet sich dabei Gruppenantennen, die sich aus zahlreichen kleineren Antennen zusammensetzen und deren strahlende Oberfläche gebogen ist. Üblicherweise wird der Blickwinkel solcher Antennen elektronisch angepasst, doch ist der elektronische Schwenkbereich sehr eingeschränkt. Über elektronisch abstimmbare Metamaterialien, so die Hoffnung, könnte sich dieser Schwenkbereich erweitern lassen. Die Eigenschaften dieser speziellen Metamaterialien lassen sich via Gleichspannung über die Kapazitäten der verwendeten Varactor-Dioden ändern. Während das Forscherteam im Vorgängerprojekt METAFORE bereits eine umfangreiche Literaturrecherche durchgeführt und Technologieprognosen erstellt sowie in METALESA I eindimensionale Leitungsmetamaterialien und Metamaterialien, die Wellen bestimmter Wellenlängen unterdrücken sollten, in Gruppenantennen eingebracht hat, arbeitet es nun mit elektronisch abstimmbaren Metamaterialien. Kleinere Leiterplatten aus dem Fraunhofer FHR haben die Forscherinnen und Forscher in einem Testaufbau bereits erfolgreich vermessen, jetzt sollen größere Flächen folgen.

In weiteren Schritten wird sich das Forscherteam des Fraunhofer FHR den Herausforderungen widmen, die bei der Kombination von Antennen und Metamaterialien derzeit noch bestehen. So soll die Bandbreite von Antennen möglichst groß sein – der Resonanzeffekt der Metamaterialien steht dem jedoch bislang im Wege. Zudem büßt die Antenne noch zu viel Leistung ein, wenn das Signal die Metamaterialien durchdringt.