Ir. Iwan Akkermans heeft tijdens zijn promotieonderzoek zo’n uiterst kleine cirkel van antennes gemaakt en verbeterd. Hij promoveerde maandag 16 maart aan de faculteit Elektrotechniek.

De normale antenne voor bijvoorbeeld de draadloze verbinding van je laptop is ongeveer 12 cm lang bij een frequentie van 2,4 GHZ. Hoe hoger de frequentie, hoe korter de golflengte, hoe korter de antenne. Bij 60 GHz, waarnaar Akkermans heeft gekeken, is de golflengte slechts 5 mm. “De antennes die ik heb ontworpen, zijn daarom maar 2 mm”, vertelt Akkermans. “Zelfs nog iets kleiner omdat er een elektrisch isolerende, ofwel diëlektrische laag onder zit.”

Deze kleine antennes ontvangen maar heel weinig vermogen. Het ontvangen vermogen vergroot je, aldus Akkermans, door meer antennes bij elkaar te plaatsen. Zo kun je een smallere bundel uitzenden met een grotere versterking. Als je daarnaast heel veel data wilt versturen, moet het signaal heel zuiver zijn en moeten de antennes goed ‘luisteren’ naar het signaal. Akkermans vergelijkt het met een gesprek: “Als ik snel praat, moet je ook beter luisteren.” Daar is die groep antennes dan ook voor bedoeld. Een enkele antenne kijkt alle kanten op, maar meerdere antennes samen kunnen gericht luisteren en zenden naar het basisstation. Alsof je je handen om je mond of achter je oren zet. Hoe doen ze dat? Met zes antennes kun je meten waar het signaal het eerst aankomt en waar het een tikkeltje later wordt ontvangen. Je zendt bijvoorbeeld eerst een testsignaal waarmee wordt bepaald waar het signaal vandaan komt. Vervolgens stemt de cirkel antennes zich elektronisch af om specifiek in die richting te zenden of te ontvangen, waardoor het totale vermogen kan worden beperkt.

Goedkope antennes
Dit principe wordt bijvoorbeeld ook gebruikt bij radar. Enkele belangrijke uitdagingen van dit onderzoek zijn volgens Akkermans dat de antennes efficiënt met het vermogen omgaan, op een hoge frequentie werken en goedkoop zijn. “Als je de kosten laag wilt houden, kom je bij deze kleine antennes snel uit bij printplaattechnologie”, vertelt Akkermans. “Dan krijg je antennes die zijn opgebouwd uit dunne, diëlektrische laagjes.”

Eerst heeft Akkermans met een model gekeken naar hoe de elektromagnetische straling zich gedraagt in zo’n gelaagde structuur. “Uit die modellering blijkt dat de straling dan niet gelijkmatig verloopt omdat de randen van de diëlektrische lagen ook gaan meestralen. Hierdoor krijg je een verstoring van de gewenste straling”, legt Akkermans uit.

Met hulp van dit model heeft hij ook een antenne-element ontworpen. Het antenne-element bestaat uit een metalen vierkantje dat via twee kleine sleufjes elektromagnetisch gekoppeld wordt aan een voeding. Met behulp van het model bepaalde Akkermans hoe klein die sleufjes moesten zijn en hoe ver ze uit elkaar moesten staan zodat de antenne het meest efficiënt uitzendt en ontvangt. “Vervolgens heb ik de werking van de antenne-elementen gemeten met een speciale meetopstelling”, zegt hij. “Hiermee kon ik de bandbreedte en het stralingspatroon van de kleine antennes meten. Ook heb ik getest of dat richten goed werkt door te simuleren dat signalen later verstuurd worden bij de ene antenne of de andere. En dat werkt. Zo kun je dus een bundel richten.”

Dit antennesysteem is niet alleen geschikt voor draadloze verbindingen van je laptop met een basisstation, maar door de grote bandbreedte van 1 tot 10 gigabit per seconde ook voor het snel draadloos downloaden van foto’s of video’s van je camera naar je pc. Akkermans: “Als je een camera of mobiel dicht bij je pc zet, heb je maar een of twee kleine antennes nodig en is die bundelvorming onnodig.”

Het onderzoek van Akkermans valt binnen het project SiGi-Spot onder leiding van dr.ir. Peter Smulders. Die heeft vijftien jaar geleden onderzoek gedaan naar de haalbaarheid van 60 GHz radio. “Nu hebben we iets gemaakt wat in de buurt komt van wat hij voor ogen had. We hebben gezien dat het werkt. Een collega binnen dit project, Yikun Yu, is bijvoorbeeld bezig met het verbeteren van de radiochip. “Want het kan altijd beter”, aldus Akkermans./.