Beim Radio ist es einfach: Egal in welche Richtung ein Auto fährt, seine Antenne empfängt in der Regel zuverlässig zahlreiche Programme. Eine Satellitenantenne dagegen muss zum Beispiel auf dem Hausdach genau ausgerichtet sein, um einen Empfang zu haben. Warum das so ist, erklärt Onur Hamza Karabey von der TU Darmstadt.
"Die Radiostationen senden ihre Signalwellen in alle Richtungen aus. Aus diesem Grund kann eine Antenne die Wellen empfangen, egal in welcher Richtung sie unterwegs ist. Ein Satellit dagegen ist etwa 40.000 Kilometer entfernt, sein Signal schwächt sich auf dem Weg durch das All ab. Um das zu kompensieren, sendet ein Satellit all seine Energie nur in eine bestimmte Richtung."
Weist also eine Satellitenantenne auf der Erde nur um etwas mehr als ein Grad in die falsche Richtung, verpasst sie das Signal aus dem Orbit. Für einen mobilen Empfang unterwegs stellen daher verschiedene Unternehmen schwenkbare Satellitenschüsseln her, die von Motoren ständig ausgerichtet werden, erzählt Rolf Jakoby von der TU Darmstadt.
"Der Nachteil dieser Antennen ist, die sind nicht unbedingt sehr kompakt und ästhetisch schön, sondern die sind in so einer Kuppel auf dem Autodach. Ich glaube nicht, dass sich die teuren Autohersteller wirklich so was auf das Dach bauen würden. Die werden auch bisher nur primär militärisch genutzt. So, dann gibt's auch elektrisch steuerbare Antennen, die man flacher und etwas kompakter aufbauen kann mit Halbleiterbauelementen, die aber den großen Nachteil haben, dass sie sehr, sehr teuer sind."
Bewegliche Bauteile sind zudem empfindlich und verschleißen mit der Zeit, sagt Onur Hamza Karabey. Die Darmstädter Wissenschaftler haben nun den Prototyp einer Satellitenantenne für Fahrzeuge entwickelt, die nur einige Hundert Euro kosten soll und sehr robust ist. Der Grund: Die Antenne hat keine beweglichen Bauteile, sondern ist in zwei quadratisch dünne Glasplatten eingebettet. Sie könnten flach auf ein Autodach montiert werden, sagt Rolf Jakoby.
"Solche Antennen, die ja flacher sind als 0,5 Zentimeter, kann man auch teilweise transparent gestalten - und die sind dann etwa so 20 mal 20 Zentimeter groß, also sind schön in die Struktur eingebunden, man sieht sie kaum. Und die Vorstellung ist, dass man mit diesen Antennen tatsächlich dann Internet- und Fernsehempfang gewährleisten kann."
Damit die unbewegliche Antenne ein ausreichend starkes Satellitensignal empfängt, müssten normalerweise dessen Strahlen genau senkrecht auf die Elektroden in der Glasplatte treffen. In der Realität ist es jedoch sehr viel wahrscheinlicher, dass die Strahlen schräg einfallen. Dann kommen nicht alle Wellen eines Signals gleichzeitig an, denn einige haben einen etwas längeren Weg als andere. Das stört den Empfang. Der Trick der Darmstädter Wissenschaftler ist nun, dass sich im Innern zwischen den Glasplatten eine 100 Mikrometer dicke Schicht aus Flüssigkristall befindet. Ihre physikalischen Eigenschaften lassen sich über angelegte Spannungen so einstellen, dass Strahlen, die zuerst eintreffen gegenüber anderen Strahlen verlangsamt werden. Dadurch werden die Wellen aufeinander abgestimmt und man erhält ein Signal, als schaue die Antenne genau zum Satelliten, sagt Rolf Jakoby.
"Also nachher ist da so ein kleiner Rechner drin, der berechnet immer, welche Spannung Sie brauchen, um diese Antenne auf den Satellit auszurichten und das passiert ständig, also natürlich in endlicher Zeit, irgendwo im Bereich von 100 Millisekunden."
Schon in zwei Jahren soll die Flüssigkristallantenne auf den Markt kommen, zunächst wohl für Wohnwagen und Wohnmobile, denn hier ist der Bedarf an Internet- und Fernsehempfang besonders hoch, sagt Onur Hamza Karabey. Er hofft, dass der Einsatz auf Autos zügig folgen wird und sieht zudem weitere Anwendungsmöglichkeiten für das Empfangsgerät.
"Es ist auch möglich, Häuser damit auszustatten. In vielen Ländern befestigen die Leute ihre Satellitenschüsseln irgendwo am Haus und das sieht nicht schön aus. Es ist eine Art Umweltverschmutzung. Aber unsere Antenne kann man einfach wie ein Bild an die Hauswand hängen, das ist ästhetischer und praktisch, weil die Antenne den Satelliten automatisch findet."
Damit die Flüssigkristallantenne marktreif wird, arbeiten die Wissenschaftler eng mit Unternehmen zusammen, die Flüssigkristalle herstellen und anwenden. Eine der noch offenen Aufgaben ist die Umsetzung des Mikroprozessors, der die Spannung am Flüssigkristall steuert. Zudem ist bisher unklar, ob die Antenne in Glas oder Plexiglas eingebettet sein soll. Glas ist stabiler und absorbiert kaum ankommende Signalwellen, Plexiglas dagegen ist elastischer. Mit ihm, so die Forscher, lässt sich vielleicht eine leicht gekrümmte Flüssigkristallantenne bauen, die sich der Form des Fahrzeugdachs anpasst.
"Die Radiostationen senden ihre Signalwellen in alle Richtungen aus. Aus diesem Grund kann eine Antenne die Wellen empfangen, egal in welcher Richtung sie unterwegs ist. Ein Satellit dagegen ist etwa 40.000 Kilometer entfernt, sein Signal schwächt sich auf dem Weg durch das All ab. Um das zu kompensieren, sendet ein Satellit all seine Energie nur in eine bestimmte Richtung."
Weist also eine Satellitenantenne auf der Erde nur um etwas mehr als ein Grad in die falsche Richtung, verpasst sie das Signal aus dem Orbit. Für einen mobilen Empfang unterwegs stellen daher verschiedene Unternehmen schwenkbare Satellitenschüsseln her, die von Motoren ständig ausgerichtet werden, erzählt Rolf Jakoby von der TU Darmstadt.
"Der Nachteil dieser Antennen ist, die sind nicht unbedingt sehr kompakt und ästhetisch schön, sondern die sind in so einer Kuppel auf dem Autodach. Ich glaube nicht, dass sich die teuren Autohersteller wirklich so was auf das Dach bauen würden. Die werden auch bisher nur primär militärisch genutzt. So, dann gibt's auch elektrisch steuerbare Antennen, die man flacher und etwas kompakter aufbauen kann mit Halbleiterbauelementen, die aber den großen Nachteil haben, dass sie sehr, sehr teuer sind."
Bewegliche Bauteile sind zudem empfindlich und verschleißen mit der Zeit, sagt Onur Hamza Karabey. Die Darmstädter Wissenschaftler haben nun den Prototyp einer Satellitenantenne für Fahrzeuge entwickelt, die nur einige Hundert Euro kosten soll und sehr robust ist. Der Grund: Die Antenne hat keine beweglichen Bauteile, sondern ist in zwei quadratisch dünne Glasplatten eingebettet. Sie könnten flach auf ein Autodach montiert werden, sagt Rolf Jakoby.
"Solche Antennen, die ja flacher sind als 0,5 Zentimeter, kann man auch teilweise transparent gestalten - und die sind dann etwa so 20 mal 20 Zentimeter groß, also sind schön in die Struktur eingebunden, man sieht sie kaum. Und die Vorstellung ist, dass man mit diesen Antennen tatsächlich dann Internet- und Fernsehempfang gewährleisten kann."
Damit die unbewegliche Antenne ein ausreichend starkes Satellitensignal empfängt, müssten normalerweise dessen Strahlen genau senkrecht auf die Elektroden in der Glasplatte treffen. In der Realität ist es jedoch sehr viel wahrscheinlicher, dass die Strahlen schräg einfallen. Dann kommen nicht alle Wellen eines Signals gleichzeitig an, denn einige haben einen etwas längeren Weg als andere. Das stört den Empfang. Der Trick der Darmstädter Wissenschaftler ist nun, dass sich im Innern zwischen den Glasplatten eine 100 Mikrometer dicke Schicht aus Flüssigkristall befindet. Ihre physikalischen Eigenschaften lassen sich über angelegte Spannungen so einstellen, dass Strahlen, die zuerst eintreffen gegenüber anderen Strahlen verlangsamt werden. Dadurch werden die Wellen aufeinander abgestimmt und man erhält ein Signal, als schaue die Antenne genau zum Satelliten, sagt Rolf Jakoby.
"Also nachher ist da so ein kleiner Rechner drin, der berechnet immer, welche Spannung Sie brauchen, um diese Antenne auf den Satellit auszurichten und das passiert ständig, also natürlich in endlicher Zeit, irgendwo im Bereich von 100 Millisekunden."
Schon in zwei Jahren soll die Flüssigkristallantenne auf den Markt kommen, zunächst wohl für Wohnwagen und Wohnmobile, denn hier ist der Bedarf an Internet- und Fernsehempfang besonders hoch, sagt Onur Hamza Karabey. Er hofft, dass der Einsatz auf Autos zügig folgen wird und sieht zudem weitere Anwendungsmöglichkeiten für das Empfangsgerät.
"Es ist auch möglich, Häuser damit auszustatten. In vielen Ländern befestigen die Leute ihre Satellitenschüsseln irgendwo am Haus und das sieht nicht schön aus. Es ist eine Art Umweltverschmutzung. Aber unsere Antenne kann man einfach wie ein Bild an die Hauswand hängen, das ist ästhetischer und praktisch, weil die Antenne den Satelliten automatisch findet."
Damit die Flüssigkristallantenne marktreif wird, arbeiten die Wissenschaftler eng mit Unternehmen zusammen, die Flüssigkristalle herstellen und anwenden. Eine der noch offenen Aufgaben ist die Umsetzung des Mikroprozessors, der die Spannung am Flüssigkristall steuert. Zudem ist bisher unklar, ob die Antenne in Glas oder Plexiglas eingebettet sein soll. Glas ist stabiler und absorbiert kaum ankommende Signalwellen, Plexiglas dagegen ist elastischer. Mit ihm, so die Forscher, lässt sich vielleicht eine leicht gekrümmte Flüssigkristallantenne bauen, die sich der Form des Fahrzeugdachs anpasst.