Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHRGebündeltes Wissen: Materialien für Hochfrequenzanwendungen
Auch im Informationszeitalter ist es mitunter nicht leicht, an benötigte Daten heranzukommen: So etwa an die elektromagnetischen Materialparameter, die für Antennen in der Hochfrequenztechnik benötigt werden. Ein webbasierter Katalog soll diese Parameter erstmals aus einer Hand bereitstellen.
Die Palette der Materialien, die für Anwendungen in der Hochfrequenztechnik genutzt werden können, ist groß: Es kommen verschiedene magnetische, dielektrische, leitfähige und absorbierende Materialien in Betracht. Jedes einzelne hat dabei gänzlich eigene Materialparameter. Insbesondere bei Simulationen von Antennenstrukturen, Speisenetzwerken und Plattformen für Hochfrequenzanwendungen müssen diese Parameter exakt bekannt sein, ansonsten wären die Simulationsergebnisse nicht sonderlich akkurat. Eine weitere Schwierigkeit: Die Materialparameter ändern sich mit der Frequenz – je nach Material mal stärker, mal moderater. In Simulationswerkzeugen, Veröffentlichungen und Datenblättern lassen sich nur begrenzt Informationen über das elektromagnetische Verhalten der Materialien finden. Informationen zu neuen Materialien sind aktuell noch kaum verfügbar. Zudem sind pro Material meist nur wenige Eckwerte angegeben – für die Parameter bei anderen Frequenzen bleibt nur eine Extrapolation, die jedoch stark von der Realität abweichen kann. Ähnliches gilt bezüglich des Verhaltens der Materialien bei variierender Temperatur.
Vermessung der Parameter am Fraunhofer FHR
Am Fraunhofer FHR gibt es die Möglichkeit, die Kennparameter der einzelnen Materialien zu messen, mit verschiedenen Aufbauten und in unterschiedlichen Frequenzbereichen. Doch sind solche Messungen ein aufwändiges und kostenintensives Unterfangen: Zunächst muss das Gerät kalibriert, dann der Aufbau mit weiterem Material validiert werden, bevor das Material mehrmals vermessen werden kann, um die Messunsicherheit abschätzen zu können.
Webbasierter Katalog
In einem Web-basierten Katalog tragen die Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer FHR all die ermittelten Parameter samt Messunsicherheit erstmalig zusammen – das Projekt läuft bis Mitte 2024. Das Grundgerüst der Datenbank steht bereits, ebenso der Prototyp eines Webinterfaces. Auch sind bereits die Parameter von 15 Materialien eingetragen, Tendenz stetig steigend. Derzeit läuft die Datenbank noch auf einem Testserver, in den kommenden Monaten soll sie für das gesamte Fraunhofer FHR zugänglich gemacht werden. Die Forschenden können dann unter anderem Materialien miteinander vergleichen oder gezielt nach Materialien mit bestimmten Kennwerten suchen. In einem weiteren Schritt sollen auch Metamaterialien mit in den Katalog aufgenommen werden: Materialienkompositionen, die durch ihre spezielle Zusammensetzung Welleneffekte verursachen. Weitere Kandidaten für die Datenbank sind 3D-gedruckte Materialien, hier sollen die Parameter sowohl für das Rohmaterial als auch für das verdruckte Material – in Abhängigkeit des Druckertyps sowie der Prozessparameter – angegeben werden. Langfristig ist denkbar, die Plattform dem europäischen Markt zur Verfügung zu stellen.