Elektromagnetische Modellierung komplexer 3D-Strukturen
Die Nutzung elektromagnetischer Wellen, wie beispielsweise Radiowellen und Mikrowellen, ist seit ihrer Entdeckung durch Heinrich Hertz vor über 100 Jahren nicht mehr aus unserem Alltag wegzudenken. Millimeterwellensysteme, die mit sehr hohen Übertragungsfrequenzen im Gigahertz-Bereich arbeiten, gewinnen zunehmend an Bedeutung: Sie ermöglichen im Mobilfunk (5G) deutlich höhere Datenraten und bei Radaranwendungen, wie z. B. Geschwindigkeits- und Abstandsmessungen wesentlich bessere Auflösungen. Die hierfür notwendigen Millimeterwellen-Funkmodule erfordern jedoch aufwändige und komplexe Schaltungen und werden massiv durch umgebende Metallteile beeinflusst. Daher wäre es von großem Vorteil, wenn man für zukünftige Automobil-Anwendungen Millimeterwellen-Schaltungen direkt auf bestehende Kunststoffbauteile am Fahrzeug aufbringen könnte. Zur Anpassung an die vorgegebenen, auch gewölbten Oberflächen müssten die derzeit verfügbaren planaren Schaltungen auf dreidimensionale Strukturen angepasst werden.
Ziel des Projekts „Elektromagnetische Modellierung komplexer 3D-Strukturen (3DModEM)“ ist es, ein Werkzeug zum Entwurf von Millimeterwellen-Funkmodulen zu entwickeln, die auf bestehende 3D-Kunststoffbaufteile an Fahrzeugen aufgebracht werden können. Als technologische Basis sollen dabei MID-Verfahren (Molded Interconnect Devices) dienen, die es ermöglichen, durch selektive Metallisierung Leiterbahnen auf der Oberfläche von spritzgegossenen 3D-Bauteilen zu erzeugen. Diese Verfahren sind derzeit jedoch nur für Systeme mit niedrigen Übertragungsfrequenzen anwendbar. Im Rahmen des Projektes soll ein Werkzeug entwickelt werden, das mittels einer 3D-Modellierung die Fertigung von im Hochfrequenzbereich arbeitenden Millimeterwellensystemen durch MID-Technologie ermöglicht. Dazu wird ein bestehendes Simulationsprogramm zur Berechnung elektromagnetischer Schaltungen und Felder um entsprechende Zusatzmodule erweitert.
Auf der Grundlage des neuen Entwicklungswerkzeugs 3DModEM wird man zukünftige Millimeterwellensysteme in bestehende, auch komplex gewölbte, Freiform-Kunststoffoberflächen integrieren können. Das neue Tool ermöglicht dabei einen zeit- und kosteneffizienten Entwurf, da durch die integrierte 3D-Schaltung die Verwendung aufwändiger Millimeterwellen-Steckverbindungen vermieden wird. Die damit realisierbaren Module enthalten sowohl die Schaltung als auch die Antenne und sind extrem kompakt und kostengünstig integrierbar. Sie ermöglichen eine exzellente Performance, da die Einbauumgebung am Fahrzeug bereits im Entwurf optimal berücksichtigt wird. Diese Module sind somit prädestiniert für den Einsatz in zukünftigen autonom fahrenden Fahrzeugen. Mit dem 3DModEM-Technologieansatz kann die IMST GmbH ihren Kunden neue Entwicklungsdienstleistungen und ein erweitertes Simulationsprogramm zur Erstellung von 3D-Millimeterwellensystemen anbieten. Diese können damit schneller zukünftige Mobilfunk- und Radaranwendungen für die Bereiche Kommunikations- und Netztechnik und die Automobilindustrie entwickeln. Dies stärkt den Technologiestandort Deutschland in diesen wichtigen Branchen.