ISBN 9783868539561

978-3-86853-956-1, Reihe Messtechnik

Michael Anis
Entwurf und Optimierung von Messverfahren zur Bestimmung von elektromagnetischen Materialparametern

187 Seiten, Dissertation Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg (2011), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Für viele Anwendungen im Mikrowellenbereich ist die genaue Kenntnis der komplexen Permittivität und Permeabilität von Materialien wichtig. In der vorliegenden Dissertation werden neuartige Verfahren zur Bestimmung dieser elektromagnetischen Materialparameter beschrieben und die Genauigkeit von bekannten Verfahren, die bereits Stand der Technik sind, verbessert. Da die Wahl eines geeigneten Messverfahrens von verschiedenen Aspekten abhängt, wie z.B. von der Form, der Größe und den Verlusten der unbekannten Materialprobe, werden unterschiedliche Methoden zur Materialcharakterisierung vorgestellt. Die Vor- und Nachteile der einzelnen Verfahren werden erläutert. Für einen großen Teil der vorgestellten Messverfahren wird zum Entwurf des Messaufbaus sowie zur Rekonstruktion der Materialparameter aus den Messergebnissen eine Software zur Simulation 3-dimensionaler elektromagnetischer Felder verwendet.

Zunächst wird die Transmissions/Reflexions (T/R)-Methode im Rechteckhohlleiter, ein Standardverfahren zur breitbandigen Materialcharakterisierung, beschrieben. Für diese T/R-Methode wird ein neues Auswerteverfahren zur robusten Bestimmung der dielektrischen Eigenschaften einer Materialprobe vorgestellt. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeit ist die resonante Bestimmung der komplexen Permittivität einer Probe mit Hilfe eines Hohlraumresonators. Um die ohmschen Wandverluste des Messaufbaus zu eliminieren, werden zwei baugleiche Resonatoren aus unterschiedlichen Metallen verwendet. Außerdem wird eine Freiraum-Methode zur Bestimmung des Realteils der Permittivität vorgestellt. Dabei wird durch Anwendung des Synthetic-Aperture-Radar (SAR)-Prinzips die Empfindlichkeit der Messung bezüglich der Permittivität der zu untersuchenden Materialproben entscheidend verbessert. Abschließend wird ein neuartiges Multimode-Verfahren zur eindeutigen und gleichzeitigen Bestimmung der komplexen Permittivität und Permeabilität beschrieben. Grundlage für dieses Messverfahren ist die unabhängige Anregung und Messung von entarteten Eigenwellen in einem quadratischen Rechteckhohlleiter.