Glaskeramiken mit ferro- und paraelektrischen Phasen für Mikrowellenantennen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Rolf Jakoby
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 176965184

Dieser Antrag ist der Folgeantrag zu dem erfolgreich abgeschlossenen Forschungsprojekt "Glaske-ramiken mit ferro- und paraelektrischen Phasen für Mikrowellenantennen"(GLACER), das durch die DFG gefördert wurde. Mit dem Vorprojekt wurden folgende Ergebnisse erreicht: (I) Ein neuartiges Multikomponentensystem der Vollglasskeramiken mit ausgezeichneten dielektrischen Eigenschaften; (II) Um die Eigenschaften der amorphen Phasen zu schätzen, wurden wissensgestützte Phasendia-gramme konstruiert; (III) Einsatzpotential der neuartigen Vollglaskeramiken in Antennenanwendungen wurde demonstriert.In Rahmen dieses Forschungsvorhabens sollen die Lösungen für weitere Herausforderungen der An-tennentechnologien der Zukunft gefunden werden. Die Forschung soll zwei wichtigste Aspekte der Innovationskette abdecken. (I) Aufbauend auf den Erfahrungen aus dem GLACER-Projekt sollen neue Multikomponentensysteme mit verbesserter Primitivität und Güte entwickelt werden. (II) Ein beträchtli-cher Teil des Aufwandes wird sich auf die Einsatzmöglichkeiten wie dielektrische Antennen hoher Per-formanz sowie Ausdehnung der Anwendugen auf breitere Spektren fokussieren. Zu diesem Zweck sollen zwei Forschungsbereiche - Materialwissenschaften und Mikrowellentechnik - gekoppelt werden. Das neue Multikomponentensystem BaO-TiO2-Al2O3-ZrO2-SiO2-La2O3 soll hinsichtlich der Bildung der amophen Phase sorgfältig untersucht werden. Parallele Untersuchung der Phasenübergänge im System soll die Aufstellung der Phasendiagramme und Bestimmung charakteristischen Punkten er-möglichen. Für die Herstellung der Vollglaskeramiken soll ein spezielles Temperaturbehandlungs-Programm entwickelt werden; mit diesem sollen die Keimbildung und die Kristallisierung kontrolliert ablaufen. Zusatzlich soll die Substitution des La2O3-Oxides durch eines der häufig verwendeten RO-Oxide (R = Sr2+, Ca2+ or Mg2+) oder deren Mischung untersucht werden; damit kommt es zur Bil-dung eines Mehrkomponentensystems, das frei von Seltenerdoxiden ist.Das neue Materialsystem soll mit Hilfe der Schmal- und Breitbandmethoden charakterisiert werden, wobei es zusätzlich auf ihre Umweltfreundlichkeit geachtet werden soll. Zu diesem Zweck soll eine Hochtemperaturmessvorrichtung vor Ort aufgebaut werden. Die Einflüsse der dielektrischen Eigen-schaften, der Homogenität, der geometrischen Übereinstimmung und der Oberflächenrauigkeit der Glaskeramiken auf die Kompaktheit, die Leistung und die gesamte Effizienz der Antennen kann mit Hilfe der elektromagnetischen Simulation modelliert werden. Genauso kann auch ihr mikroskopischer Ursprung und ihre empirische Wirkung festgestellt werden. Mit dem Wissen über Materialeigenschafen und Einschränkungen bei der Herstellung sollen die Gestaltungsmethoden für neuartige Antennenkon-zepte wie hybrid DRA, MIMO DRA, Millimeter wave DRAs und DRA Gruppenantenne entwickelt wer-den. Anschließend sollen einige der Antennen im Frequenzbereich von 1 GHz bis 60 GHz hergestellt und experimentell evaluiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen