Elektromagnetische Modellierung von Mikrowellen-Absorbern (EMMA)

• Antragsteller: Dr.-Ing. Christian Bornkessel; Professor Dr. Matthias Hein
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418894892

Die Überprüfung der Funktionstüchtigkeit funktechnischer Komponenten und Systeme in virtuellen anstelle von realen Testumgebungen gewinnt beispielsweise und insbesondere im Bereich des automatisierten und vernetzten Fahrens immer mehr an Bedeutung. Für virtuelle Testumgebungen kommen dabei vor allem reflexionsarme, elektromagnetisch geschirmte Absorberkammern zum Einsatz. Die spezifisch geformten Mikrowellenabsorber an Wänden, Decke und Boden dienen dazu, Reflexionen von aus verschiedenen Richtungen auftreffenden elektromagnetischen Wellen über einen weiten Frequenzbereich zu dämpfen und so eine Beeinflussung der Messergebnisse durch die Messumgebung zu minimieren. Der dabei erreichbare Grad an Rückwirkung bestimmt die grundsätzliche Verwertbarkeit, Qualität und Genauigkeit der Messungen und damit die Vergleichbarkeit der virtuellen Messumgebung mit realen Feldtests. Entsprechend wichtig ist es, die elektromagnetische Feldverteilung in solchen Absorberkammern präzise zu charakterisieren; hierfür werden für Frequenzen ab einigen 100 MHz vorrangig strahlenoptische Verfahren eingesetzt. Bemerkenswerterweise existiert bislang kein geeignetes elektromagnetisches Absorbermodell, das die physikalischen Funktionsprinzipien breitbandig (400 MHz bis 80 GHz), winkelabhängig und vollpolarimetrisch nachbildet. Die Erforschung eines solchen Modells bildet das Hauptziel des vorliegenden Vorhabens.Das Vorhaben ist in drei Hauptarbeitspakete (AP1000, 2000 und 3000) untergliedert. In AP1000 werden Messverfahren zur präzisen Charakterisierung der ortsabhängigen Reflektivität von Pyramidenabsorbern unter Berücksichtigung elementarer Parameter wie der elektrischen Größe, Ein- und Ausfallswinkel sowie Polarisation erforscht und angewendet. Eine enge Verzahnung der experimentellen Ergebnisse mit den numerischen und semi-analytischen Methoden aus AP2000 sichert die gegenseitige Validierung und Ergänzung der sehr unterschiedlichen Ansätze. Die gewonnenen Erkenntnisse werden genutzt, um grundliegende Gesetzmäßigkeiten des Absorptionsverhaltens abzuleiten und wichtige Einflussparameter herauszuarbeiten. Auf Basis dieser Erkenntnisse wird in AP3000 ein Wirkmodell entwickelt, welches das Reflexionsverhalten der Absorber für Strahlenverfolgungsmethoden zugänglich macht und in entsprechenden Berechnungen abbildet. Zur Verifikation wird die Wellenausbreitung in der Halbabsorberkammer VISTA: Virtuelle Straße – Simulations- und Testanlage der TU Ilmenau simuliert und mit Messdaten verglichen. Das in diesem Projekt erforschte Modell stellt einen leistungsfähigen Ansatz zur Vorhersage der Wellenausbreitung in elektromagnetischen virtuellen Testumgebungen dar und liefert somit einen signifikanten Beitrag zur Erforschung moderner Funktechnologien.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen