Forschungsschwerpunkt: Dielektrische Wellenleiter (DWG)
Einführung
In der modernen Kommunikations- und Messtechnik zeichnet sich ein deutlicher Trend zu höheren Frequenzbändern ab. Diese Frequenzen bieten eine größere absolute Bandbreite, was zu höheren Datenraten in Kommunikationssystemen und einer verbesserten Messauflösung und Genauigkeit in der Messtechnik führt. Allerdings sind viele konventionelle Transmissionsleitungen, wie Koaxialkabel oder Platinen-gebundene Leitungen (z. B. Mikrostreifenleitungen, koplanare Leitungen, Substrate Integrated Waveguides), bei hohen Frequenzen mit erheblichen Herausforderungen konfrontiert. Sie weisen oft hohe Dämpfungen und Dispersivität auf und ihre Komponenten werden zu klein, um die gewünschte Resonanz anzuregen.
Was sind dielektrische Wellenleiter?
Dielektrische Wellenleiter (DWG) bieten eine Lösung für diese Herausforderungen. Sie wurden erstmals 1920 in einer Veröffentlichung erwähnt und in den 1960er Jahren theoretisch beschrieben, fanden jedoch aufgrund der noch nicht ausgereiften IC-Technologien damals kaum Anwendung. Heute erleben dielektrische Wellenleiter dank technologischer Fortschritte eine Renaissance.
Dielektrische Wellenleiter bestehen ausschließlich aus dielektrischen Materialien und enthalten keinen Metallanteil. Je nach Querschnitt des DWG können unterschiedliche hybride Ausbreitungsmoden sowie optische Moden angeregt werden. Diese Eigenschaften ermöglichen den Aufbau verlust- und dispersionsarmer Leitungen, Komponenten und passiver Systeme, wenn das richtige Design und Material verwendet werden.
Vorteile und Anwendungen von DWGs
Geringe Dämpfung und Dispersion: Bei korrektem Design und Materialwahl minimieren dielektrische Wellenleiter Signalverluste und Dispersionsprobleme.
Vielseitigkeit: DWGs können verwendet werden, um Leitungen, Komponenten (wie Koppler, Antennen, Filter) und Systeme (z. B. Sensoren) zu entwickeln.
Anpassungsfähigkeit an verschiedene Frequenzbänder: Dank ihrer Flexibilität eignen sich DWGs sowohl für Hochfrequenz- als auch für optische Anwendungen.
Fortschrittliche Fertigungstechnologien: Die Anwendung von modernen Fertigungstechnologien wie verschiedenen 3D-Druckverfahren, Fräsen und Spritzguss eröffnet neue Möglichkeiten für die Entwicklung und Produktion von DWGs.
Forschungsinhalte zu Dielektrischen Wellenleitern
In der Forschungsgruppe beschäftigen wir uns intensiv mit der Erforschung und Weiterentwicklung dielektrischer Wellenleiter. Unsere Arbeit konzentriert sich auf:
Theoretische Untersuchungen und Designmodelle: Analyse der Ausbreitungsmoden sowie Entwicklung neuer Designmodelle Simulationsansätze für DWGs.
Materialforschung: Erforschung und Charakterisierung neuer dielektrischer Materialien, die für DWGs geeignet sind.
Entwicklung von DWG-Strukturen und Komponenten: Entwicklung innovativer DWG-Strukturen (z. B. Konverter), -Komponenten (Koppler, Antennen, Filter) und Systeme (z. B. Sensoren).
Fertigungstechnologien: Untersuchung der Anwendbarkeit verschiedener Fertigungstechnologien wie 3D-Druck, Fräsen und Spritzgussverfahren zur Herstellung von DWGs.
Team und Laborausstattung
Arbeiten an DWGs finden an den Lehrstühlen EST, HFS und INSYS. Die entsprechenden Wissenschaftler tauschen sich innerhalb der Forschungsgruppe DWG regelmäßig aus. Für die Herstellung der DWGs nutzen wir verschiedene FDM und DLP Drucker. Wir pflegen darüber hinaus eine enge Kooperation mit den Kunststoffinstitut Lüdenscheid, welches ein großes Instrumentarium von kunststoffverarbeitenden Geräten besitzt.
Die entwickelten DWG Strukturen und Systeme werden mit Hilfe von Netwerkanalysatoren zwischen 80 GHz bis 400 GHz, sowie mit industriellen mmWellen-Radargeräten vermessen und charakterisiert.
Aktuelle Forschungsergebnisse und Publikationen
- Teiler: Gleich und ungleichaufteilende Signalteiler
- Hochpass-Tiefpassfilter
- Fingerprintfilter zur eindeutigen Markierung von Übertragungskanälen
- Laufzeitsensoren zur Permittivitätsmessung
- Aufteilnetzwerke für Zeitmultiplexanwendungen
- Berührungsloser Gasdurchflusssensor
Fazit
Dielektrische Wellenleiter bieten eine spannende und zukunftsträchtige Alternative zu konventionellen Übertragungsleitungen in der Hochfrequenz- und Optiktechnologie. Mit ihrer Fähigkeit, die Herausforderungen höherer Frequenzen zu bewältigen und gleichzeitig eine breite Palette von Anwendungen zu unterstützen, bieten sie enorme Potenziale für die Weiterentwicklung moderner Kommunikations- und Messtechnologien.
Erfahren Sie mehr
Wenn Sie mehr über unsere Forschung an dielektrischen Wellenleitern erfahren möchten, kontaktieren Sie uns bitte oder besuchen Sie unsere weiteren Seiten zu spezifischen Projekten, Veröffentlichungen und Möglichkeiten zur Zusammenarbeit.
Kontakt
Dr.-Ing. Christoph Baer: christoph.baer@est.rub.de