Die Länge der Antenne bestimmt, welche Frequenzen elektromagnetischer Strahlung sie senden oder empfangen kann: Je länger die Wellenlänge und niedriger die Frequenz, desto länger muss auch die Antenne sein. Gerade bei Satelliten stößt dies jedoch an seine Grenzen, erst recht, wenn die Antenne Signale sehr unterschiedlicher Frequenzbereiche übermitteln soll.
Wie Luft zur Plasmaantenne wird
Deshalb haben Prya Darshni von der North Carolina State University und ihre Kollegen nun eine neue Technologie entwickelt: eine Antenne, die aussieht wie ein Laserschwert aus „Star Wars“. Sie besteht aus einem dünnen Strahl von leuchtendem Plasma, das frei in der Luft zu schweben scheint. Dieser Plasmastrahl entsteht durch einen mittels Linse fokussierten Pulslaser, der die Luftteilchen in seiner Bahn ionisiert und zu einem Plasma macht. Im Experiment war dieses Plasmafilament nur 0,1 Millimeter dick und rund 20 Zentimeter lang.
Der Clou dabei: „Bei einem solchen laserinduzierten Plasmafilament sammeln sich Elektronen an seinen Rändern, ähnlich wie an der Oberfläche eines Stromleiters“, erklären Darshni und ihr Team. „Koppelt man diese Elektronen mit einem elektromagnetischen Feld, lassen sich damit elektromagnetische Wellen aussenden – es fungiert als Antenne.“ Eine solche „Lichtantenne“ kann durch einfaches Anpassen des Lasers länger oder kürzer gemacht werden – und so verschiedene Frequenzen übertragen oder empfangen.
Metallring als berührungslose Antennenspeisung
Allerdings ist dafür noch ein weiteres entscheidendes Bauteil nötig: Ein Element, das die elektromagnetischen Signale in die Antenne einspeist. „Normalerweise geschieht dies über einen Metallkontakt, beispielsweise einen Stift, der direkten Kontakt zur Antenne herstellt“, erklären die Forschenden. Aber bei einer Plasmastrahlantenne geht dies nicht: „Jeder metallische Kontakt mit dem Plasmafilament führt zu Verzerrungen und zerstört die Plasmaantenne.“
Um dieses Problem zu lösen, haben Darshni und ihre Kollegen eine kontaktlose Antennenspeisung entwickelt. Sie besteht aus einem Metallring, der als Kondensator dient und ein elektromagnetisches Feld erzeugen kann. Dieses kann mit dem Plasmastrahl interagieren und so die elektromagnetischen Signale berührungsfrei einspeisen. Im Test ihrer Prototypantenne nutzten die Forschenden Testsignale mit einer Frequenz von 30 Megahertz. Tatsächlich empfing eine in der Nähe aufgestellte Empfangsantenne diese Signale – sie waren im Grundrauschen deutlich erkennbar, wie das Team berichtet.
Frequenz und Winkel flexibel einstellbar
„Das ist ein großer Schritt: Zum ersten Mal haben wir nachgewiesen, dass laserinduzierte Plasmafilament-Antennen funktionieren“, sagt Darshni. „Unsere Plasmastrahlantenne sieht aus wie ein Lichtschwert, ist aber in ihrer Länge flexibel einstellbar. Dadurch kann sie über einen breiten Frequenzbereich senden.“ Zudem kann auch der Winkel der Antenne leicht durch Anpassung der Laserrichtung justiert werden. „Bei manchen Anwendungen ist es zudem wichtig, den Winkel der Antenne steuern zu können, um beispielsweise Radarabtastungen gezielt auszurichten oder die Stärke eines Signals zu verbessern“, so die Forscherin.
Nach Ansicht des Teams hätte ihre Technologie vielversprechende Einsatzmöglichkeiten vor allem dort, wo sperrige und schwere Antennen ein Problem darstellen – beispielsweise bei Satelliten. „In der niedrigen Erdumlaufbahn ist noch ausreichend Luft vorhanden, um ein Plasma zu erzeugen“, erklärt Seniorautor Paul Franzon von der North Carolina State University. „Unser Konzept ermöglicht es, dort maßgeschneiderte Antennen zu verwenden, ohne dafür komplexe mechanische Ausfahrmechanismen zu benötigen.“
Noch ist die Sendestärke der neuen „Lichtschwert“-Antennen begrenzt, aber das Team arbeitet bereits daran, ihre Leistung zu verbessern.
Quelle: Prya Darshni (North Carolina State University, Raleigh) et al., IEEE Journal of Microwaves, 2026; doi: 10.1109/JMW.2026.3722433
