Six-Port-Based Microwave Spectroscopy of Dielectric Materials for Non-Invasive ISM Applications

dc.contributorWeigel, Robert
dc.contributorKnöchel, Reinhard
dc.contributor.authorHofmann, Maximilian
dc.date.accessioned2015-11-11
dc.date.available2015-11-09
dc.date.created2015
dc.date.issued2015-11-11
dc.description.abstractThis book addresses wideband spectroscopy of dielectric materials based on a Six-Port technology. State-of-the-art laboratory instruments for spectroscopy of dielectric liquids in the micro- and millimeter wave range, suffer from penetrating measurement techniques and considerable costs. A novel contactless measurement concept for dielectric characterization of liquid samples is explained, with a particular focus on industrial and medical applications. Several measurements on animal and human tissue materials are presented and discussed in this book. The demonstration of a contactless, dielectric measurement procedure including its calibration algorithm is subsequently described. The presented wideband measurement system consists of an on-line, non-invasive, dielectric sensor, an alternative vector network analyzer including its sub-components, such as Wilkinson power divider, quadrature coupler and power detectors. The demonstrated frequency range is between 2 GHz and 30 Ghz, thus a frequency bandwidth of multiple octaves i.e. a relative frequency range of more than 170% has been achieved.en
dc.description.abstractIm Rahmen der vorliegenden Arbeit wird die breitbandige Mikrowellenspektroskopie auf Basis einer Sechstor-Architektur behandelt. Ein Schwerpunkt dieser Arbeit liegt in der Entwicklung eines berührungslosen Messverfahrens zur Untersuchung dielektrischer Materialien, einschließlich des dazugehörigen Kalibrieralgorithmus. Im Fortgang werden Entwurf und Implementierung eines alternativen Netzwerkanalysators auf Basis einer direktumsetzenden, passiven Empfängerstruktur vorgestellt. Abschließend stehen die Evaluation und der Vergleich verschiedener Funktionsdemonstratoren im Fokus dieser Abhandlung. Moderne Labormessgeräte zur Erfassung dielektrischer Stoffeigenschaften im Mikro- und Millimeterwellen-Frequenzbereich sind durch hohe Anschaffungskosten sowie durch kontaktierende Messverfahren gekennzeichnet. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein neuartiges, berührungsloses Messverfahren zur Charakterisierung dielektrischer, schlauchgeführter Flüssigkeiten vorgestellt. Mit Hilfe des entwickelten Kalibrierverfahrens wird die spektrale Bestimmung der komplexen Dielektrizitätskonstante im Durchfluss ermöglicht. Im Anwendungsbereich der Stoffanalyse können mit diesem Messverfahren Konzentrationsunterschiede von weniger als 0.1% erfasst werden. Im Vergleich zu etablierten Sensorprinzipien wird eine hochgenaue und kontaktlose Messung der permittiven Eigenschaften an schlauchgeführten Medien über mehrere Oktaven ermöglicht. Das HF-Gesamtsystem, bestehend aus Netzwerkanalysator und Sensor, ermöglicht die Erfassung der komplexen Permittivitätskonstante bei vergleichsweise geringer Schaltungskomplexität. Ein wichtiger Meilenstein der Arbeit beinhaltet folglich die Umsetzung ultra-breitbandiger, passiver Schaltungskomponenten. Zu diesen gehören insbesondere symmetrische Richtkoppler, Wilkinson-Leistungsteiler und Leistungsdetektoren. Das entworfene Messgerät einschließlich aller Subkomponenten besitzt eine relative Bandbreite von mehr als 170 %. Des Weiteren wird eine neuartige Kalibrierung des Sechstorempfängers für Permittivitätsmessungen unter Zuhilfenahme wohldefinierter Kalibriermaterialien vorgestellt.de
dc.format.extentXIV, 177 S.
dc.identifier.isbn978-3-944057-38-5
dc.identifier.opus-id6719
dc.identifier.urihttps://open.fau.de/handle/openfau/6719
dc.identifier.urnurn:nbn:de:bvb:29-opus4-67197
dc.language.isoen
dc.publisherFAU University Press
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/de/deed.de
dc.subjectSix-Port Technolgy
dc.subjectMicrowave Spectroscopy
dc.subjectRadio Frequency
dc.subjectNetwork Analysis
dc.subjectMedical Engineering
dc.subjectIndustrial Engineering
dc.subjectNon-Invasive Measurement
dc.subjectDielectric Materials
dc.subject.ddcDDC Classification::6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften :: 62 Ingenieurwissenschaften :: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
dc.titleSix-Port-Based Microwave Spectroscopy of Dielectric Materials for Non-Invasive ISM Applicationsen
dc.titleSechstor-basierte Mikrowellenspektroskopie dielektrischer Materialien für nicht-invasive ISM Anwendungende
dc.typedoctoralthesis
dcterms.publisherFAU University Press
local.date.accepted2015-07-29
local.notesOpusParallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press
local.publisherplaceErlangen
local.sendToDnbfree*
local.series.id25
local.series.nameFAU Studien aus der Elektrotechnik
local.series.number3
local.subject.fakultaetTechnische Fakultät / Department Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik
local.subject.gndNetzwerkanalyse
local.subject.sammlungUniversität Erlangen-Nürnberg / FAU University Press
local.thesis.grantorFriedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) Technische Fakultät
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