Ziel: 1 km Funk und 10 Jahre Batterie – Fraunhofer-Chip soll Sensornetze stärken
Fraunhofer IPMS und TU Hamburg haben einen mikromechanischen Verstärker für Wake-up-Empfänger entwickelt. Batteriebetriebene Sensoren sollen damit weiter funken und trotzdem lange halten.
Symbolbild · Foto: Stephan Brosnan, CSIRO / Wikimedia Commons, CC BY 3.0 (zugeschnitten und skaliert)
Batteriebetriebene Funksensoren, die etwa Anlagen oder Gebäude überwachen, stehen vor einem Zielkonflikt: Große Reichweite kostet Energie. Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS hat dazu am Dienstag Ergebnisse des Projekts MEMS-ParAmps vorgestellt, an dem auch die TU Hamburg und der Lausitzer Anwendungspartner Actemium BEA beteiligt waren. Im Mittelpunkt steht ein sogenannter Wake-up-Empfänger. Er hält einen Sensorknoten ständig empfangsbereit, ohne die Hauptelektronik einzuschalten, und verbraucht dabei sehr wenig Energie. Bisher war seine Empfindlichkeit jedoch begrenzt – und damit auch die Funkreichweite.
Die Forschenden schalten dem Empfänger deshalb einen parametrischen Verstärker auf Basis mikromechanischer Bauteile (MEMS) vor. Kern ist ein mikromechanisch abstimmbarer Kondensator, ein sogenannter Varaktor, der mit Spannungsimpulsen von etwa 3,3 Mikrojoule angeregt wird. Ziel sind Batterielaufzeiten von bis zu zehn Jahren und Reichweiten von bis zu einem Kilometer im freien Feld. „Bisher musste man sich zwischen großer Reichweite und langer Batterielaufzeit entscheiden“, sagte Projektleiter Michael Stolz vom Fraunhofer IPMS. Der neue Verstärker-Chip soll nach seinen Worten beides verbinden.
Die Machbarkeit ist laut Mitteilung bislang theoretisch und in Simulationen gezeigt; Reichweitenmessungen im Feld nennt das Institut nicht. Das Team passte zudem ein bestehendes Funkprotokoll an große Abstände zwischen den Sensoren an. Das sei ebenso entscheidend gewesen wie die Hardware selbst, sagte Alexander Kölpin von der TU Hamburg. Das Projekt wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und der Fraunhofer-Gesellschaft gefördert und lief von Oktober 2021 bis Januar 2026.