Kontaktlose Messung der dielektrischen Materialparameter an großflächigen ebenen Strukturen am Beispiel von Gesteinsproben

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Richard Überbacher, Stefan Cecil
​​​​​​​Seibersdorf Labor GmbH

Poster-Abstract

Die messtechnische Bestimmung der dielektrischen Materialparameter ist in technischen Anwendungen überall dort wo elektromagnetische Felder definiert auf Materie treffen und interagieren von zentraler Bedeutung. In der Mikroelektronik sind etwa Leiterplatten ein gutes Beispiel (z.B. das Material FR4, Rogers RO4003C, usw.) Dort sind die dielektrischen Materialparameter der Leiterplatten hinsichtlich EMV (speziell im HF Bereich) ganz wesentlich für die störungsfreie Funktion der darauf angebrachten Schaltungstechnik. Die Verfahren zur Bestimmung der dielektrischen Materialparameter lassen sich aus Sicht des Anwenders sehr vereinfacht auf zwei Methoden reduzieren: die Kontaktverfahren wo z.B. ein Messkopf auf die Materialprobe aufgesetzt wird, und die kontaktlosen Verfahren wo z.B. wo die Materialprobe im Ausbreitungspfad zwischen zwei aufeinander gerichteten Hornantennen positioniert wird.

Die hier vorgestellte Arbeit (in Form eines Posters) soll auf letzteres eingegangen werden. Es wird ein realisierter Aufbau vorgestellt, der zur kontaktlosen Bestimmung der dielektrischen Materialparameter von Gesteinsproben bei 700 Grad Celsius im Frequenzbereich von 2-5 GHz in Zusammenarbeit mit der MontanUni Leoben entwickelt wurde. Die Messung selbst geschieht über die Bestimmung der S-Parameter, wobei am Netzwerkanalysator zusätzlich die Verfügbarkeit der Time Domain Funktion als essentieller Teil notwendig ist, um das Wellenpaket für die Messung selektiv zu begrenzen.

Des weiteren soll in knapper Form am Aufbau auf die zusätzlich angetroffenen Problematiken und die gefundenen Lösungswege eingegangen werden. Das beachtliche Potential dieses Verfahrens für großflächige ebene Materialproben auch unter schwierigen Umgebungsbedingungen lässt sich in einer Vielzahl unterschiedlichster Fragestellungen als gangbare Lösung umlegen.

Weitere mögliche Anwendungsbeispiele wären etwa die Bestimmung der Materialparameter von Mauerwerk von Gebäuden, oder großen Fensterscheiben in Fahrzeugen und Zügen (z.B. zur Bestimmung der Schirmdämpfungswirkung für den Mobilfunk). Für die mittlere EMF Expositionsabschätzung in Gebäuden für den Personenschutz mittels Simulation (z.B. über Ray-Tracing), wo möglichst repräsentative Materialparameter für die numerische Nachbildung der Gebäudeteile wie z.B. der Wände benötigt werden, ist ebenfalls ein möglicher hilfreicher Anwendungsfall der Messmethode gefunden.