Echtzeit-Parameterextraktion und Regelung von rekonfigurierbaren Hochfrequenzfiltern

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Michael Höft; Professor Dr.-Ing. Holger Maune
• Fachliche Zuordnung: Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 519897406

Das primäre Ziel dieses Antrags ist die Erforschung der Echtzeit-Rekonfiguration von Hochfrequenzfiltern. Hierzu soll die Rekonfiguration eines Mikrowellenfilters automatisch nach Eingabe einer neuen Zielcharakteristik geschehen sowie verschiedene Effekte, wie Temperaturdrift, kompensiert werden. Hierbei soll die Rekonfiguration ohne Unterbrechung des Signalpfades geschehen. Hierbei sollen abstimmbare Mikrowellenfilter in planarer und nicht-planarer Technologie entwickelt und mithilfe eines Abstimmsystems soll die Übertragungscharakteristik beeinflusst werden. Die verschiedenen Technologien zur Abstimmung weisen unterschiedliche Nichtlinearitäten und Güten auf. Es kann sich hierbei unter anderem um ein planares Mikrostreifenfilter mit Varaktoren als Abstimmelement oder ein Koaxialresonatorfilter mit mechanischen Abstimmschrauben handeln. Die Ansteuerung wird in diesen Fällen mit variierbaren Spannungsquellen bzw. Schrittmotoren realisiert. Ein essenzieller Aspekt dieses Antrags ist die Entwicklung eines Messsystems zur Bestimmung der Übertragungscharakteristik des Mikrowellenfilters im laufenden Betrieb. Hierbei soll die Filterstruktur nicht ausgekoppelt werden, sodass eine mögliche Übertragung nicht unterbrochen wird. In dem Antrag werden potenzielle Ansätze präsentiert, die auf ihre Vor- und Nachteile detailliert untersucht werden müssen. Beispielsweise wäre eine Untersuchung des Signals im Zeitbereich denkbar, sodass auf die Übertragungsfunktion durch Transformation geschlossen werden kann. Anschließend sollen verschiedene Abstimmalgorithmen untersucht werden, mit denen die Übertragungscharakteristika der Filterstrukturen angepasst werden können. Die Algorithmen sollen auf Basis von verschiedenen Aspekten wie Laufzeit und Qualität der Optimierung verglichen werden. Die Extraktion der Koppelmatrix bietet eine effiziente Methode des Abstimmens, jedoch muss untersucht werden, wie eine zuverlässige und robuste Extraktion ermöglicht wird. Es sollen Rekonfigurationsalgorithmen auf Basis von Streuparametern und der Zeitbereichsanalyse entwickelt werden, sodass ein Abstimmen ohne die Bildung eines Ersatzschaltbildes möglich ist. Als letzter Aspekt sollen künstliche neuronale Netze untersucht werden, mit deren Hilfe unbekannte, auch sehr komplexe Funktionen nachgebildet werden können. Zum Schluss soll das Gesamtsystem bestehend aus Mikrowellenfilter, Ansteuerelektronik, Messsystem und Abstimmalgorithmus aufgebaut und unter verschiedenen Aspekten getestet werden. Zum einen soll der Temperaturdrift, der beim Erwärmen der Struktur entsteht, kompensiert und zum anderen soll das Filter auf eine neue Übertragungscharakteristik, bestehend aus neuer Mittenfrequenz und Bandbreite, abgestimmt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen