Six-Port-Based Microwave Spectroscopy of Dielectric Materials for Non-Invasive ISM Applications
Sechstor-basierte Mikrowellenspektroskopie dielektrischer Materialien für nicht-invasive ISM Anwendungen
Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus4-67197
- This 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. TheThis 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.…
- Im 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- undIm 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.…
Author: | Maximilian Hofmann |
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Persistent identifiers - URN: | urn:nbn:de:bvb:29-opus4-67197 |
ISBN: | 978-3-944057-38-5 |
Series (Volume number): | FAU Studien aus der Elektrotechnik (3) |
Publisher: | FAU University Press |
Place: | Erlangen |
Referee: | Robert Weigel, Reinhard Knöchel |
Document Type: | Doctoral Thesis |
Language: | English |
Year of publication: | 2015 |
Date of online publication (Embargo Date): | 2015/11/09 |
Publishing Institution: | FAU University Press |
Granting institution: | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät |
Acceptance date of the thesis: | 2015/07/29 |
Release Date: | 2015/11/11 |
Tag: | Dielectric Materials; Industrial Engineering; Medical Engineering; Microwave Spectroscopy; Network Analysis; Non-Invasive Measurement; Radio Frequency; Six-Port Technolgy |
SWD-Keyword: | Netzwerkanalyse |
Length/size: | XIV, 177 S. |
Notes: | Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press |
Institutes: | Technische Fakultät / Department Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik |
Dewey Decimal Classification: | 6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten |
open_access (DINI-Set): | open_access |
Collections: | Universität Erlangen-Nürnberg / FAU University Press |
Licence (German): | ![]() |