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Elektromagnetische Modellierung von Mikrowellen-Absorbern (EMMA)

Fachliche Zuordnung Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
Förderung Förderung von 2019 bis 2025
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418894892
 
Erstellungsjahr 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Ziel des am Fachgebiet Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik der TU Ilmenau durchgeführten Gemeinschaftsprojekts war die systematische Untersuchung des Reflexionsverhaltens von Mikrowellenabsorbern in Abhängigkeit von Einfallswinkeln und Ausfallswinkeln, der Frequenz sowie der Polarisation einer einfallenden Welle im Hinblick auf deren Modellierung in strahlenoptischen Berechnungsverfahren. Der Schwerpunkt lag auf dielektrischen Schaumabsorbern als dem relevantesten Absorbertyp im Mikrowellenbereich. Die Reflektivität wird in hohem Maße durch die elektrische Größe der Absorber beeinflusst. Verschiedene Pyramidenabsorber haben bei gleicher elektrischer Größe ähnliche Reflektivitätswerte. Absorber mit einer größeren elektrischen Größe sind durch eine geringere spekulare Reflexion gekennzeichnet. Neben der spekularen Reflexion treten weitere Ausbreitungsrichtungen auf, wenn die räumliche Periode der Absorberelemente den Wert einer Wellenlänge übersteigt. Zur Erforschung der Systematik des winkel- und frequenzabhängigen Reflexionsverhaltens wurden im Projektverlauf insgesamt 18 Testabsorber mit unterschiedlichen Parametern analytisch, numerisch und experimentell untersucht, wofür eine bi-statische Messmethodik und erweitertes Kalibrierverfahren für die winkelabhängige Reflektivität entwickelt wurde. Die numerischen Ergebnisse waren Grundlage für die Entwicklung von Modellen für die Reflektivität für Pyramiden- und Keilabsorber, die für Strahlverfolgungsprogramme nutzbar sind. Eine wesentliche Erkenntnis der Untersuchungen war zudem, dass der Ansatz einer rein spekularen Reflexion an Absorbern in Absorberkammern nicht ausreichend ist. Die numerischen Untersuchungen an idealisierten Absorbergruppen zeigen, dass bei ausgewählten Frequenzen und Einfallswinkeln nicht die spekulare, sondern andere Vorzugsrichtungen der Reflexion auftreten können. Die analytischen und numerischen Ergebnisse konnten durch die experimentellen Messungen grundsätzlich bestätigt werden, auch wenn zur Detektion der diskreten Moden größere Messabstände erforderlich gewesen wären. Aus den Messergebnissen geht dennoch hervor, dass bei konstantem Einfallswinkel ähnlich große Reflexionswerte bei verschiedenen Beobachtungswinkeln auftreten können. Eine Anpassung des idealisierten numerischen Modells an die realen Abmessungen in einer Absorberkammer und endlicher Größe der Absorberfläche konnte die Konsistenz der verschiedenen Untersuchungen belegen. Die Projektergebnisse liefern wichtige Erkenntnisse über die grundlegenden Wirkmechanismen von Mikrowellenabsorbern als zentrales Element reflexionsarmer Messumgebungen und bilden die Basis für weiterführende Arbeiten, sei es zur Vervollständigung des multi-dimensionalen Parameterraums oder der Entwicklung von numerischen Verfahren zur Optimierung von Absorberkammern.

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