Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kompakt, effizient, robust und zuverlässig: FBH-Entwicklungen für den Weltraum

21.10.2019

Das Ferdinand-Braun-Institut präsentiert auf der „Space Tech Expo Europe“ (STEE) weltraumtaugliche, ultra-schmalbandige Diodenlaser-Module und Systeme sowie weitere III/V-Komponenten für Satellitenanwendungen.

Seine Entwicklungen stellt das Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) auf der STEE in Bremen vor. Vom 19. bis 21. November ist das FBH am Berlin-Brandenburger Gemeinschaftsstand H20 vertreten.


Mikrointegrierter Diodenlaser: MOPA - Master-Oszillator-Leistungsverstärker - für die präzise Iodspektroskopie im Weltraum

FBH/schurian.com


KALEXUS Nutzlast - Diese Payload wurde erfolgreich für die Kalium-Spektroskopie an Bord einer Höhenforschungsrakete eingesetzt.

FBH/P. Immerz

Kompakte und robuste Lasersysteme für quantenoptische Präzisionsexperimente

Das FBH besitzt umfassende Erfahrung bei der Entwicklung und Fertigung von Diodenlasermodulen für Weltraumanwendungen. Bereits mehrfach haben diese ihre Leistungsfähigkeit in Experimenten unter Schwerelosigkeit unter Beweis gestellt.

So wurde etwa damit erstmalig im Weltraum ein Bose-Einstein-Kondensat und die erste Iod-basierte, hochstabile optische Frequenzreferenz demonstriert. Kernstück der hierfür realisierten Lasermodule sind am FBH entwickelte Laserdioden, die gemeinsam mit Optiken und weiteren passiven Elementen mit höchster Stabilität und Präzision – teils in Bereichen von unter 100 nm – aufgebaut werden.

Dank der einzigartigen Mikrointegrationstechnologie des FBH sind die Module extrem robust und ideal für den Einsatz unter anspruchsvollen Bedingungen im Weltraum geeignet. Sie zeichnen sich zudem durch geringe Abmessungen von nur 130 x 80 x 25 mm³, eine geringe Masse (750 g) sowie exzellente Leistungsparameter aus: Ausgangsleistungen > 500 mW bei zugleich schmaler intrinsischer Linienbreite < 1 kHz werden erreicht.

In enger Zusammenarbeit mit der Humboldt-Universität zu Berlin werden sie zu kompakten, stabilen Lasersystemen für Präzisionsexperimente im Weltraum aufgebaut. Die Kooperation wird derzeit in Richtung der integrierten Quantentechnologien erweitert.

Dabei sollen Proof-of-Concept-Demonstratoren aus dem Labor in industrietaugliche Lösungen für Quantensensorik, Quantenkommunikation, Quantensimulation und Quanten-Computing überführt werden. Am Messestand präsentiert das FBH mikrointegrierte Lasermodule sowie ein Lasersystem, das erfolgreich im Experiment KALEXUS auf einer Höhenforschungsrakete eingesetzt wurde.

Lasermodule für Satelliten: von Kommunikation bis Klimaschutz

Weitere Lasermodule entwickelt das FBH für Satellitenanwendungen. Laserbenches aus dem Ferdinand-Braun-Institut werden seit vielen Jahren erfolgreich als Pumplaser in Laserkommunikationsterminals der Firma Tesat-Spacecom eingesetzt.

Damit werden unter anderem hohe Datenmengen der Erdbeobachtung besonders schnell zwischen Satelliten und zur Erde übertragen. Am Stand zeigt das FBH einen aktuellen Pumplaser für den Klimasatelliten MERLIN, der ab 2024 die Methankonzentration in der Atmosphäre messen soll.

Dieser Pumplaser liefert Leistungen von über 60 W in Doppelpulsen mit einer Wiederholrate von 20 Hz und einer Pulsbreite von 150 µs. Die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit wurde anhand umfangreicher Qualifikationen der Technologie nachgewiesen.

So degradiert die Leistung selbst bei einer langen Betriebsdauer von über vier Milliarden Pulsen nur unwesentlich. Zwei dieser Laser werden dann in ein Modul integriert und stellen eine Pumpleistung von 120 W zur Verfügung. 

Energieeffiziente Komponenten für Satellitenkommunikation und -sensorik

Weitere Komponenten für Satellitenanwendungen entwickelt das FBH im Bereich der Mikrowellentechnik und Leistungselektronik. So erhöht ein neu entwickelter Aluminiumnitrid Power Core die Schaltgeschwindigkeit von Galliumnitrid-Leistungsschalttransistoren in Halbbrückenkonfigurationen. Die Ein- und Ausschaltzeiten konnten um typisch 50% reduziert werden.

Der Power Core zeichnet sich zudem durch eine extrem kompakte Heterointegration und sehr geringe parasitäre Effekte aus. Er eignet sich für weltraumtaugliche Energiekonverter auf Satelliten, etwa um Solarstrom schnell und effizient auf lokal benötigte Spannungsniveaus verschiedener Verbraucher umzuwandeln.

Leistungskonverter lassen sich damit dank der höheren Konversionsgeschwindigkeit weiter miniaturisieren. Ein zentraler Aspekt, da jedes Gramm im Weltraum zählt.

Stromverbrauch und Verlustleistung sind weitere kritische Punkte beim Betrieb von Leistungsverstärkern im Weltraum. Das FBH stellt Konzepte zum Envelope Tracking (ET) vor – eine bekannte Technik zur Effizienzsteigerung von Solid-State Power Amplifiern, die die Versorgungsspannung des HF-Leistungsverstärkers entsprechend der momentanen Hüllkurve des zu verstärkenden Signals modulieren.

Zusammen mit der Europäischen Weltraumagentur ESA hat das FBH einen neuartigen ET-Demonstrator für die Kommunikation im Weltraum bei 1,62 GHz entwickelt. Der Verstärker hat eine Spitzenausgangsleistung von mehr als 90 W bei einer Modulationsbandbreite von 40 MHz.

Mit einem 8,6 PAPR (Peak-to-Average Power Ratio)-Signal liegt der Gesamtwirkungsgrad bei 40%. Das FBH hat das Konzept der Versorgungsspannungs-Modulation auch auf Millimeterwellen-Verstärker übertragen. Das entsprechende Modul besteht aus zwei identischen MMICs, die in Reihe geschaltet sind.

Diese bestehen jeweils aus einem einstufigen Verstärker mit integriertem zweistufigen Spannungsschalter, der die Versorgungsspannung des Verstärkers in diskreten Stufen moduliert. Das Modul arbeitet im Bereich von 20 - 26 GHz mit 14 dB Verstärkung und mehr als 2 W/mm bei 20 V Versorgungsspannung.

Kontakt
Petra Immerz, M.A.
Communications Manager

Ferdinand-Braun-Institut
Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik
Gustav-Kirchhoff-Straße 4
12489 Berlin
Tel. 030.6392-2626
Fax 030.6392-2602

E-Mail petra.immerz@fbh-berlin.de
Web www.fbh-berlin.de

Weitere Informationen:

https://www.fbh-berlin.de/presse/pressemitteilungen/detail/kompakt-effizient-rob...

Dipl.-Geogr. Anja Wirsing | Forschungsverbund Berlin e.V.

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Belle II liefert erste Ergebnisse: Auf der Suche nach dem Z‘-Boson
06.04.2020 | Max-Planck-Institut für Physik

nachricht Festkörperphysik: Vorhersage der Quantenphysik experimentell nachgewiesen
06.04.2020 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wenn Ionen an ihrem Käfig rütteln

In vielen Bereichen spielen „Elektrolyte“ eine wichtige Rolle: Sie sind bei der Speicherung von Energie in unserem Körper wie auch in Batterien von großer Bedeutung. Um Energie freizusetzen, müssen sich Ionen – geladene Atome – in einer Flüssigkeit, wie bspw. Wasser, bewegen. Bisher war jedoch der präzise Mechanismus, wie genau sie sich durch die Atome und Moleküle der Elektrolyt-Flüssigkeit bewegen, weitgehend unverstanden. Wissenschaftler*innen des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung haben nun gezeigt, dass der durch die Bewegung von Ionen bestimmte elektrische Widerstand einer Elektrolyt-Flüssigkeit sich auf mikroskopische Schwingungen dieser gelösten Ionen zurückführen lässt.

Kochsalz wird in der Chemie auch als Natriumchlorid bezeichnet. Löst man Kochsalz in Wasser lösen sich Natrium und Chlorid als positiv bzw. negativ geladene...

Im Focus: When ions rattle their cage

Electrolytes play a key role in many areas: They are crucial for the storage of energy in our body as well as in batteries. In order to release energy, ions - charged atoms - must move in a liquid such as water. Until now the precise mechanism by which they move through the atoms and molecules of the electrolyte has, however, remained largely unknown. Scientists at the Max Planck Institute for Polymer Research have now shown that the electrical resistance of an electrolyte, which is determined by the motion of ions, can be traced back to microscopic vibrations of these dissolved ions.

In chemistry, common table salt is also known as sodium chloride. If this salt is dissolved in water, sodium and chloride atoms dissolve as positively or...

Im Focus: Den Regen für Hydrovoltaik nutzen

Wassertropfen, die auf Oberflächen fallen oder über sie gleiten, können Spuren elektrischer Ladung hinterlassen, so dass sich die Tropfen selbst aufladen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz haben dieses Phänomen, das uns auch in unserem Alltag begleitet, nun detailliert untersucht. Sie entwickelten eine Methode zur Quantifizierung der Ladungserzeugung und entwickelten zusätzlich ein theoretisches Modell zum besseren Verständnis. Nach Ansicht der Wissenschaftler könnte der beobachtete Effekt eine Möglichkeit zur Energieerzeugung und ein wichtiger Baustein zum Verständnis der Reibungselektrizität sein.

Wassertropfen, die über nicht leitende Oberflächen gleiten, sind überall in unserem Leben zu finden: Vom Tropfen einer Kaffeemaschine über eine Dusche bis hin...

Im Focus: Harnessing the rain for hydrovoltaics

Drops of water falling on or sliding over surfaces may leave behind traces of electrical charge, causing the drops to charge themselves. Scientists at the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) in Mainz have now begun a detailed investigation into this phenomenon that accompanies us in every-day life. They developed a method to quantify the charge generation and additionally created a theoretical model to aid understanding. According to the scientists, the observed effect could be a source of generated power and an important building block for understanding frictional electricity.

Water drops sliding over non-conducting surfaces can be found everywhere in our lives: From the dripping of a coffee machine, to a rinse in the shower, to an...

Im Focus: Quantenimaging: Unsichtbares sichtbar machen

Verschränkte Lichtteilchen lassen sich nutzen, um Bildgebungs- und Messverfahren zu verbessern. Ein Forscherteam am Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena hat eine Quantenimaging-Lösung entwickelt, die in extremen Spektralbereichen und mit weniger Licht genaueste Einblicke in Gewebeproben ermöglichen kann.

Optische Analyseverfahren wie Mikroskopie und Spektroskopie sind in sichtbaren Wellenlängenbereichen schon äußerst effizient. Doch im Infrarot- oder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Aachener Werkzeugmaschinen-Kolloquium AWK’21 findet am 10. und 11. Juni 2021 statt

06.04.2020 | Veranstaltungen

Interdisziplinärer Austausch zum Design elektrochemischer Reaktoren

03.04.2020 | Veranstaltungen

13. »AKL – International Laser Technology Congress«: 4.–6. Mai 2022 in Aachen – Lasertechnik Live bereits früher!

02.04.2020 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Aachener Werkzeugmaschinen-Kolloquium AWK’21 findet am 10. und 11. Juni 2021 statt

06.04.2020 | Veranstaltungsnachrichten

Wenn Ionen an ihrem Käfig rütteln

06.04.2020 | Energie und Elektrotechnik

Virtueller Roboterschwarm auf dem Mars

06.04.2020 | Informationstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics