Integriertes Millimeterwellen-Radar-System zur Messung von Partikelströmen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Michael Höft; Professor Dr.-Ing. Nils Pohl
• Fachliche Zuordnung: Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 495198532

Die Charakterisierung von Partikelströmen ist in verschiedenen Bereichen bedeutsam. Ein zentrales Thema ist dabei heutzutage die hohe Feinstaubbelastung in Städten, welche zu einem großen Anteil durch Verbrennungsprozesse in der Industrie, im Verkehr und in Haushalten verursacht wird. Als Feinstaub sind Partikel klassifiziert, die einen aerodynamischen Durchmesser von maximal 10 Mikrometer haben (PM10). Neben lokalen atmosphärischen Feinstaubkontrollen (z. B. an Verkehrsknotenpunkten) ist es sinnvoll, direkt beim Verursacher Emissionskontrollen (z. B. an Schornsteinen) durchzuführen, um bereits bei der Erzeugung regulierend eingreifen zu können. Ein weiteres wichtiges Anwendungsfeld ist die industrielle Prozessanalyse, in der die messtechnische Erfassung beispielsweise von der Rauchentwicklung oder Durchflussrate für die Prozessoptimierung und -kontrolle verwendet werden können.Unter weiteren Anwendungsmöglichkeiten ist auch die Vulkanforschung ein denkbares Szenario, in dem die entstehenden Aschewolken hinsichtlich ihrer Partikelkonzentration und -zusammensetzung untersucht werden sollen. Verschiedene Messmethoden existieren, welche jeweilige Vor- und Nachteile für bestimmte Anwendungen besitzen. Dieser Antrag beschäftigt sich sowohl in Theorie als auch in Praxis mit Sensoren auf Basis der Radartechnik mit integrierten Schaltungen im hochfrequenten Millimeterwellenbereich bei ca. 94 GHz und bei 300 GHz, welche in der Lage sind die Aerosolströmungen hinsichtlich der Partikelmassenladung, Partikelgeschwindigkeit,Massenflussrate, Partikelgröße und Partikelart zu charakterisieren. Hierbei sollen neue Konzepte für den multistatischen Betrieb mittels neu entwickelter integrierter Schaltungen bei 300 GHz erforscht und experimentell erprobt werden. Ziel ist es auf Basis der Untersuchung des Streuverhaltens von Partikelströmen die optimalen Bedingungen für die Anordnung von Sende- und Empfangselementen zu finden. Zudem sollen neue, leistungsfähige MMIC-Radar-Sensoren auf Basis von Silizium-Germanium-Technologie bei 300 GHz entwickelt werden, welche für den kohärenten multistatischen Betrieb miteinander verkoppelt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen