Ein neuer Antennentyp könnte das Sende- und Empfangsmodul von elektronischen Geräten enorm verkleinern und damit weit reichende Folgen für unser Kommunikationswesen haben. Das berichtet ein amerikanisches Forscherteam unter Beteiligung der US-Luftwaffe im Fachmagazin "Nature Communications". Die Ingenieure haben ein winziges Plättchen entwickelt, das dank einer speziellen Beschichtung mechanische Vibrationen in Funkwellen umwandeln kann.

Damit unterscheidet sich sein Design grundlegend von konventionellen Antennen. Sie bestehen aus einem festen elektrischen Leiter, in dem Ladungen hin- und herschwappen. Dabei werden elektromagnetische Wellen abgestrahlt. Das Ganze funktioniert auch umgekehrt: Eine einfallende Funkwelle regt die Ladungen in einer Antenne zu Schwingungen einer bestimmten Frequenz an.

Die erprobte Bauweise hat allerdings einen Nachteil: Die Größe der Antenne muss mindestens ein Zehntel der zu empfangenden Wellenlänge betragen, sonst kommt das Signal nicht an. Für WLAN-Funkwellen einer Frequenz von 2,45 GHz entspricht diese denkbare Minimalgröße beispielsweise 1,2 Zentimetern. Das reicht für Smartphones und handelsübliche WLAN-Router. Für Sensoren, wie sie etwa das "Internet der Dinge" vorsieht, wären sicherlich auch deutlich kleinere Funkmodule willkommen.

Wissenschaftler arbeiten daher schon seit Längerem an alternativen Antennenkonzepten. Diese beruhen auf der Idee, dass sich die Ladungsverteilung in manchen Materialien stark verändert, wenn sie verformt werden. Physiker sprechen vom "piezoelektrischen Effekt". Ein Pendant gibt es auch im Magnetismus, hier sprechen Fachleute von so genannten "magnetostriktiven" Materialien. Sie eröffnen eine spektakuläre Möglichkeit: ein Material, das sowohl piezoelektrische als auch magnetostriktive Eigenschaften hat und daher elektromagnetische Wellen abstrahlt, wenn man es vibrieren lässt.

Dem Team um Tianxiang Nan von der Northeastern University in Boston scheint es nun gelungen zu sein, diese Idee in die Realität umzusetzen. Die Ingenieure dampften eine hauchdünne Eisen-Gallium-Bor-Legierung auf ein gerade mal 500 Nanometer dickes Aluminium-Stickstoff-Plättchen. Die Membran übersetzte mechanische Schwingungen anschließend in Funkwellen. Außerdem verwandelte die Miniantenne einlaufende elektromagnetische Wellen in Vibrationen, die an den Rändern des piezoelektrischen Materials als Spannung abfielen, wie die Forscher in Tests zeigen konnten.

Eine Antenne nach diesem Konzept könne um den Faktor 60 kleiner gebaut werden als herkömmliche Sendemodule, berichtet das Team um Tianxiang Nan. Auch benötige sie keine Stromversorgung. Je nach Form und Größe des etwa 0,2 Millimeter großen Plättchens könne man die Vorrichtung für verschiedene Frequenzen des elektromagnetischen Spektrums optimieren. Im Labor teste die Forschergruppe ihr Konzept für die Frequenzen 60 MHz und 2,5 GHz. Dabei habe man keine Performance-Einbußen im Vergleich zu herkömmlichen Antennen beobachtet, so die Wissenschaftler. Ob das Konzept letztlich den Sprung aus dem Labor in die Praxis schafft, ist derzeit allerdings noch offen.