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Biosensorik

Die Arbeitsgruppe Biosensorik unterhält folgende Forschungsschwerpunkte:

  • Entwurf und Anwendung von biomedizinischen Sensoren,
  • weitgehenden Analyse/Modellierung von biomedizinischen Signalen, und
  • Studium des Verhaltens von Mikroorganismen in elektromagnetischen Feldern.

Die moderne Medizin ist eng mit der Elektrotechnik verflochten. Von besonderer Bedeutung ist dabei jener Teil der Sensorik, der sich mit der Erfassung physiologischer Vorgänge und deren Abbildung auf elektrische Signale beschäftigt. Die Sensorprinzipien können dabei von ganz unterschiedlicher physikalischer Natur sein. So wurde z.B. am Institut ein Hautkrümmungssensor entwickelt, der die stark ausgeprägten magnetoelastischen Eigenschaften sogenannter magnetischer Gläser nutzt. Völlig anders funktionieren elektrische Sensoren zur biophysikalischen Analyse von Vorgängen in der menschlichen Haut, die ebenfalls am Institut entwickelt wurden und mit denen Strukturanomalien, wie sie z.B. bei Tumoren auftreten, nachgewiesen werden können.

Mikrowellentechnik

Die Arbeitsgruppe Mikrowellentechnik beschäftigt sich mit dem Entwurf von effizienten und linearen Leistungsverstärkern und Übertragungssystemen für den Einsatz im Mobilfunkbereich.

An die Leistungsverstärker im Mobil- und Basisstationsbereich werden enorme Anforderungen an den Wirkungsgrad und Linearität gestellt. Durch geeignete Schaltungsmethoden und Verstärkerarchitekturen kann der Wirkungsgrad und die Linearität beträchtlich erhöht werden. Eine weitere Linearisierung kann durch geeignete Signalvorverzerrung duchgeführt werden. Beides erfordert den Einsatz von speziellen Messverfahren.

Automatische Identifikation und Datenerfassung sind aus vielen Bereichen der Logistik und der Telematik nicht mehr wegzudenken. Dabei kommt vor allem Direct Short Range Communication (DSRC) und Radio Frequency Identification (RFID) Technologie zur Verwendung. Die UHF RFID-Technologie ermöglicht durch berührungslose Energieversorgung passiver Transponder und der berührungslosen Übermittlung von Daten eine optimale technologische Lösung zur Identifikation. Die passiven UHF RFID-Tags sind dabei eine äußerst billige Alternative zu den aktiven DSRC-Tags. Es wird für beide Technologien beträchtlicher Aufwand im Systemdesign betrieben.

Schaltungstechnik

Die Arbeitsgruppe Schaltungstechnik beschäftigt sich mit integrierter Schaltungstechnik. Dabei bestehen zwei wesentliche Forschungsschwerpunkte, einerseits analoge integrierte Schaltungen und andererseits optoelektronische integrierte Schaltungen.

Im Bereich der analogen integrierten Schaltungen geht es um die Integration von analogen Schaltungsblöcken, z.B. Operationsverstärker, Mixer oder Filter, in neuesten Nanometer CMOS Technologien. Durch die fortschreitende Miniaturisierung der Technologie sinken die möglichen Versorgungsspannungen und die Eigenschaften der Bauelemente entfernen sich immer mehr von denen idealer Bauteile. Diese Randbedingungen stellen große schaltungstechnische Herausforderungen dar, die mit neuen Konzepten und innovativen Ideen bearbeitet werden.

Der zweite Forschungsschwerpunkt über optoelektronische integrierte Schaltungen beschäftigt sich mit der Integration optoelektronischer Bauteile in CMOS und BiCMOS Siliziumtechnologien. Neben den fotoempfindlichen Bauelementen werden auch ganze Systeme mit integrierten Empfängern und nachfolgender Signalverarbeitung entworfen.

Beide Arbeitsbereiche erfordern neben dem Entwurf auch die Charakterisierung der realisierten Mikrochips, welche im eigenen Labor durchgeführt wird.

Technischer Magnetismus

Weichmagnetische Materialien

Über viele Jahre erstreckt sich bereits die erfolgreiche Zusammenarbeit mit der elektrotechnischen Industrie auf dem Gebiet der weichmagnetischen Materialien. Nicht die Werkstoffentwicklung selbst steht hier im Vordergrund, sondern die Umsetzung der Fortschritte dieser Entwicklung zur Verbesserung elektrotechnischer Produkte. Durch welche konstruktiven oder fertigungstechnischen Maßnahmen läßt sich in magnetischen Kreisen eine nennenswerte Reduktion der durch Ummagnetisierungsprozesse und Wirbelströme verursachten Verluste erreichen? Wie sind solche Kreise zu gestalten, damit möglichst wenig an Geräuschen entsteht? Für die Beantwortung solcher Fragen ist es natürlich wichtig, die Mechanismen der Verlustentstehung und der Geräuschentwicklung zu verstehen.

Elektromechanische Systeme

Elektrische Maschinen bilden nach wie vor eine tragende Säule der elektrotechnischen Industrie. Neben diesen am weitesten entwickelten Energiewandlern und Kraft- oder Drehmomenterzeugern gibt es aber auch noch eine Vielzahl anderer elektromechanischer Systeme, von Sensoren und Aktoren der Mikrotechnik bis zu den Riesenmagneten der physikalischen Grundlagenforschung. Um solche Systeme entwerfen und optimieren zu können, ist es wichtig, die grundlegenden Prinzipien und Mechanismen im einzelnen zu verstehen und in mathematischen Modellen nachzubilden.

CAD elektromagnetischer Felder

Was den früheren Generationen von Elektrotechnikern nur mit großer Mühe und meist recht groben Näherungen möglich war, ist heute oft in nur wenigen Minuten und mit großer Präzision erledigt: Die Berechnung elektromagnetischer Felder in komplizierten Anordnungen. Am Grundlageninstitut werden leistungsfähige, z.T. selbst entwickelte Programmpakete gepflegt, den Fortschritten in der Hardware laufend angepaßt und in unterschiedlichen Bereichen der Technischen Elektrodynamik eingesetzt.

Terahertz-Technik

Forschungsschwerpunkte der Gruppe (näheres s. englische Webseite):

  • Resonant tunneling diodes (RTDs) and THz oscillators on their basis
  • Physics of fast electron transport in tunnel and low-dimensional semiconductor structures
  • THz sources, detectors and systems
  • Optoelectronic THz components (THz pin photodiodes, photomixers, non-linear optical components, etc.)
  • Plasmonics, especially THz plasmonics and low-dimensional plasma excitations