Einfluss der irregulär verformten Berandungen eines TEM-Wellenleiters auf die Feldverteilung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Heyno Garbe
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 438107418

Im Rahmen des geplanten DFG-Vorhabens will sich der Antragsteller mit der Modellierung und Simulation von elektromagnetischen Wellen in zylindrischen Wellenleitern, insbesondere für irregulär deformierte Oberflächen von Wellenleitern mit zweifacher Berandung (TEM-Wellenleiter), befassen. Alle realen Oberflächen weichen von der idealen Geometrie ab und besitzen aufgrund von Toleranzen im Herstellungsverfahren eine gewisse Oberflächenrauigkeit. Daher soll der Einfluss der Oberflächenrauigkeit sowie der Geometrieänderungen entlang der Hohlleiterachse auf die Unsicherheit der Feldverteilung in TEM-Wellenleitern untersucht werden. Schelkunoff stellte eine verallgemeinerte Theorie zur Bestimmung von elektromagnetischen Wellen in Hohlleitern vor. Die Methode basiert auf der Transformation der Maxwell-Gleichungen in ein System aus gewöhnlichen Differentialgleichungen vom Leitungstyp, welche auch als verallgemeinerte Leitungsgleichungen (engl. Generalized Telegraphists Equations, GTEs) bekannt sind. Die transversalen Feldkomponenten werden dazu in eine Reihe aus orthogonalen Basisfunktionen entwickelt. Das Ziel des Vorhabens ist, eine systematische Fehleranalyse von TEM-Wellenleitern hinsichtlich ihrer geometrischen Abmessungen bedingt durch die Toleranzen im Fertigungsprozess und deren Einfluss auf die elektromagnetische Feldverteilung innerhalb des TEM-Wellenleiters zu entwickeln. Aufbauend auf dem Konzept der GTEs sollen die elektromagnetischen Felder in verschiedenen zylindrischen TEM-Wellenleiter studiert werden. Ein besonderer Schwerpunkt liegt in der Modellierung der Randbedingung für den koaxialen TEM-Wellenleiter. Um beliebige und zufällige Störungen modellieren zu können, werden als Störfunktionen stochastische Prozesse verwendet. Ausgehend von der analytischen Feldberechnung für koaxiale TEM-Wellenleiter und den Untersuchungen an irregulär verformten Oberflächen von zylindrischen Hohlleitern sollen diese Störungsuntersuchungen auf koaxiale TEM-Wellenleiter übertragen werden. Neben der Herleitung der GTEs für irregulär deformierte TEM-Wellenleiter und deren Feldsimulationen, sollen die Rechenergebnisse im Anschluss an einem vorhandenen koaxialen TEM-Wellenleiter messtechnisch verifiziert werden. Mit Hilfe der zu erarbeitenden theoretischen Methoden und der messtechnischen Verifikation der Feldberechnung sollen schließlich Hinweise entwickelt werden, welche Einflüsse in die Fehlerbetrachtungen einfließen. Das Ziel der Kalibrierung von Feldsensoren ist es, diese Unsicherheit durch messbare Größen vollständig zu beschreiben. Da der Einfluss der Fertigungstoleranzen im Herstellungsverfahren bisher nicht betrachtet worden ist, aber bei der Messunsicherheitsbetrachtung quantifiziert werden muss, soll dieses Problem im Rahmen des beantragten Vorhabens untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen