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DFG fördert elektromagnetische Grundlagenforschung am ThIMo

Dem Team des ThIMo-Kernfachgebiets Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik (HMT) ist es gelungen, mit Start vom 1. Oktober eine dreijährige Förderung im Umfang von rund 550.000 EUR von der Deutschen Forschungsgemeinschaft einzuwerben. Die in zwei Einzelvorhaben aufgeteilte Förderung wird durch den Fachgebietsleiter, Professor Dr. Matthias Hein, sowie den Experten für elektromagnetische Verträglichkeit und Umweltverträglichkeit, Herrn Dr.-Ing. Christian Bornkessel verantwortet und durch zwei junge Nachwuchswissenschaftler (m/w) bearbeitet.

 

Die Überprüfung der Funktionstüchtigkeit funktechnischer Komponenten und Systeme in virtuellen anstelle von realen Testumgebungen gewinnt insbesondere im Bereich des automatisierten und vernetzten Fahrens immer mehr an Bedeutung. So kann beispielsweise der Bedarf an realen Testfahrten zur Validierung neuer Funktionen im Umfang von mehreren Millionen Kilometern durch virtuelle Testfahrten in geeigneten Laborumgebungen beträchtlich reduziert werden; zudem sind sicherheitskritische Tests auf öffentlichen Straßen und Geländen überhaupt nicht durchführbar. Für virtuelle Testumgebungen kommen dabei vor allem reflexionsarme, elektromagnetisch geschirmte Absorberkammern zum Einsatz, wie sie etwa in Form von VISTA am ThIMo existieren. 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 hier aufgezeigten Forschungslücken sollen mit dem beantragten Forschungsprojekt geschlossen werden. Das Hauptziel besteht dabei in der Erforschung eines breitbandigen elektromagnetischen Modells für Pyramidenabsorber, das die wichtigsten physikalischen Absorptions- und Reflexionsmechanismen korrekt einbezieht. Dieses Modell stellt künftig einen leistungsfähigen Ansatz zur Vorhersage der Wellenausbreitung in elektromagnetischen virtuellen Testumgebungen dar und liefert somit einen signifikanten Beitrag zur Erforschung moderner Funktechnologien.

 

Qualitative Verteilung des Betrags der elektrischen Feldstärke |E| bei senkrechtem Einfall von oben in einen Pyramidenabsorber für die Frequenzen 1 GHz (links) und 6 GHz (rechts)

 

„Over-the-Air“ Test der Funktionalität eines LTE-Funksystems in einem KFZ in der Virtuellen Straße Simulations- und Testanlage – VISTA