Neuartige Antennen sind in der Lage, aus einem Flugzeug heraus eine Verbindung zu einem Satelliten aufzubauen und während des Fluges zu halten. Durch ihre extrem flache Bauweise kann mit dem Einbau in die Außenhaut des Fliegers gegenüber herkömmlichen Lösungen eine deutliche Menge an Treibstoff eingespart werden.

Bei genauem Hinsehen weisen Flugzeuge einen Buckel oben auf dem Rumpf auf. Unter dieser Ausbuchtung verbergen sich die Antennen für die Kommunikation über die Satelliten im All. Radom heißt diese Schutzhülle. Satelliten vom Flugzeug aus zu benutzen, ist keine leichte Sache, da sich das Flugzeug bewegt und trotzdem den Kontakt zum Satelliten aufrechterhalten muss. Bislang geschieht das mit Antennen, die mechanisch nachgeführt werden. Das erfolgt wie bei beweglichen Satellitenantennen, deren runde Schüsseln millionenfach an Häusern installiert sind, um Radio- und Fernsehsender zu empfangen. Am Institut für Hochfrequenztechnik (IHF) der TU Hamburg geht man nun neue Wege und forscht an dem Antennenprojekt BANG (Broadband in Aviation - Next Generation), das mit Unterstützung des Unternehmens Lufthansa Technik entsteht. Der betreuende Professor Arne Jacob erklärt, wie es funktioniert: „Wir bauen die Antennen aus vielen sehr flachen Einzelantennen auf. Eine modulare Bauweise der Antenne ermöglicht den Austausch einzelner Module und vereinfacht die Wartung.“

Schnelles Internet beim Fliegen

Künftig soll es mit ihnen möglich sein, während eines Fluges zu telefonieren und online zu sein. „Das erfolgt an Bord über elektromagnetische Wellen, und zwar bei Frequenzen von einigen zehn Gigahertz, bei denen die Wellen nicht sichtbar sind“, so Prof. Jacob. „Die Aufgabe von Antennen ist es, diese Wellen zu bündeln. Das kann man sich wie den Strahl einer Taschenlampe vorstellen. Und dieser Strahl - man spricht hier auch von Antennenkeule - wird jetzt nicht mehr mechanisch, sondern elektronisch auf den Satelliten gerichtet.“ Solche Antennen (Phased Array) haben nichts mehr mit dem Aussehen herkömmlicher Antennen gemeinsam. Sie bestehen aus vielen kleinen Einzelantennen, die wiederum zu Modulen von etwa einem Zentimeter Stärke zusammengebaut werden. Und sie funktionieren auch völlig anders: Jede dieser kleinen Antennen sendet oder empfängt das gleiche Signal, allerdings mit einer winzigen Zeitverzögerung zu ihren Nachbarn. Diese Zeitverzögerung wird nun so eingestellt, dass sich die Wellen in der gewünschten Richtung konstruktiv überlagern. Weil dies elektronisch geschieht, kann die so erzeugte Antennenkeule schnell und flexibel nachgeführt werden. Ein kontinuierliches Senden und Empfangen ist nun möglich, ohne dass die Antenne mechanisch bewegt wird.

Neue Technik spart Treibstoff

„Demnächst wollen wir erste Messungen an unserem Demonstrator beim Projektpartner Lufthansa Technik durchführen“, sagt Prof. Jacob. Der Demonstrator ist noch deutlich kleiner als die echte Antenne, die einmal im Flugzeug verbaut werden soll. Er besteht zunächst nur aus einem einzigen fünf mal fünf Zentimeter großen Modul. Insgesamt wird aber die gesamte elektronische Antenne nicht größer als 0,25 Quadratmeter sein und besonders flach – so dass der Buckel oben auf der Außenhaut des Flugzeugs am Ende nicht mehr 35, sondern nur noch wenige Zentimeter hoch ist. Das klingt nicht viel, bedeutet aber für ein Flugzeug einen erheblich geringeren Luftwiderstand. Und somit einen deutlich geringeren Treibstoffverbrauch. Mit dem gleichen Ziel sollen die Sende- und Empfangsantenne in eine Apertur integriert werden, um Grundfläche und Gewicht zu reduzieren. Für das Demonstrator-Modul heißt das, dass acht seiner Antennenelemente senden und empfangen können und acht weitere nur senden. Der modulare Aufbau macht den Betrieb der Antennen auch sicherer. Die bislang häufige Aussage: „Ich habe leider gerade keinen Empfang“ dürfte es mit elektronisch gesteuerten Antennen im Flugzeug nicht mehr geben.

Weitere Informationen

Weitere Informationen zum Projekt finden Sie auf der Website des Instituts für Hochfrequenztechnik