Studentische Arbeiten

Am IHF erforschen wir modernste Hochfrequenztechnologien durch theoretische Analysen, numerische Simulationen und praktische Umsetzung – von Antennen und passiven Komponenten bis hin zu elektromagnetischer Sensorik und neuartigen Materialien. Wir bieten Studierenden mit unterschiedlichen Interessen und Stärken vielfältige Möglichkeiten für Abschlussarbeiten und Forschungsprojekte. Wer gerne analytisch und theoriegeleitet arbeitet, kann sich mit elektromagnetischer Modellierung, numerischen Methoden und Simulationen beschäftigen. Studierende mit Interesse an experimenteller und anwendungsorientierter Forschung können dagegen an der Entwicklung, Fertigung und Vermessung von Prototypen mitwirken. Das Besondere an unserem Institut ist die enge Verbindung dieser Aspekte innerhalb einer gemeinsamen Forschungsumgebung. Dadurch können Studierende entweder den gesamten Entwicklungszyklus verfolgen oder sich auf ausgewählte Teilbereiche spezialisieren. Mit Zugang zu modernen Simulationswerkzeugen, institutseigener Leiterplattenfertigung, Hochfrequenz-Messinfrastruktur und Werkstattausstattung zur Herstellung von 3D-Komponenten bietet das IHF hervorragende Voraussetzungen sowohl für Grundlagenforschung als auch für praxisnahe ingenieurwissenschaftliche Projekte.

1. Elektromagnetische Streuung und Materialcharakterisierung

Die Streuung elektromagnetischer Wellen bezeichnet das Auftreffen einer Welle auf ein Objekt und deren anschließende Abstrahlung. Die erneut abgestrahlte Welle enthält Informationen über die Eigenschaften dieses Objektes. Die diesem Phänomen zugrunde liegende Physik wird im stark vereinfachten Fall eines kugelförmigen Objektes durch die Mie-Theorie beschrieben. Am IHF werden Materialeigenschaften und die physikalische Größe des Objekts gleichzeitig durch Streuexperimente im Mikrowellenbereich bestimmt. Die wissenschaftliche Herausforderung besteht in der möglichst präzisen Charakterisierung einzelner, sehr kleiner Streukörper.

2. Untersuchung von Antennen im reaktiven Nahfeld und Over-the-Air-Tests

In diesem Forschungsbereich werden die Feldverteilungen verschiedener Abstrahlmoden von Antennen untersucht. Zudem werden Kopplungsmechanismen und spezielle Sensorstrukturen für eine effektive Erfassung elektromagnetischer Felder in unmittelbarer Nähe des Antennenelements entwickelt. Dazu gehören auch der Entwurf von Übertragungsleitungen und Wellenleitern sowie die für die Realisierung dieser Sensorstrukturen erforderlichen Übergänge.

3. Millimeterwellen-Verbindungen und drahtlose Energieübertragung 

Die Forschung konzentriert sich auf Millimeterwellen-Technologien für Chip-to-Chip-Verbindungen, insbesondere auf die Verwendung dielektrischer Wellenleiter. Über konventionelle physische Verbindungen hinaus umfasst dieser Bereich auch Systeme zur drahtlosen Energieübertragung (Wireless Power Transfer, WPT) unter Verwendung dielektrischer Strukturen, einschließlich 3D-gedruckter Komponenten, sowie hocheffiziente Millimeterwellenlinsen.

4. Dielektrische Resonatoren als Oszillator und Antenne

In diesem Forschungsbereich wird der Einsatz dielektrischer Resonatoren sowohl als Oszillatoren als auch als Antennen untersucht. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf kugelförmigen dielektrischen Resonatoren und den damit verbundenen Herausforderungen bei der planaren Kopplung. Ein aktueller Forschungsschwerpunkt ist der gleichzeitige Betrieb beider Funktionen innerhalb derselben physischen Struktur sowie die Analyse des daraus entstehenden Zielkonflikts zwischen einem hohen Gütefaktor und einer guten Antennenleistung. Diese Konzepte für dielektrische Resonatoren werden auf On-Chip-Implementierungen bei Frequenzen von 100 GHz und darüber hinaus erweitert.

5. 3D-druckbare Hochfrequenzabsorber

Die Forschung zu 3D-gedruckten Hochfrequenzabsorbern untersucht, wie additive Fertigungsverfahren zur Entwicklung hochgradig anpassbarer elektromagnetischer Verluststrukturen eingesetzt werden können. Diese Strukturen überwinden die geometrischen und materialbedingten Einschränkungen herkömmlicher kohlenstoffgefüllter Schäume. Durch anpassbare Geometrien können die Absorber für projektspezifische Anforderungen miniaturisiert werden, beispielsweise zur Reduzierung unerwünschter Kopplungen in dicht besiedelten Hochfrequenzumgebungen.

6. Elektromagnetische Bildgebung und Sensorik

Elektromagnetische Bildgebung und Sensorik nutzen die Wechselwirkung elektromagnetischer Wellen und Felder mit Objekten und Materialien, um Bilder zu rekonstruieren und aussagekräftige Informationen über deren Eigenschaften zu gewinnen. Am IHF liegt der Forschungsschwerpunkt auf der Wechselwirkung bei geringem Abstand zwischen Sensor und Objekt, um detailliertere Informationen über das Objekt zu erhalten, beispielsweise zu Materialeigenschaften, Form, Orientierung und dreidimensionalen Struktureigenschaften – mit einer Auflösung unterhalb der Wellenlänge. Unsere Arbeiten umfassen den gesamten Ablauf von der theoretischen Analyse und Simulation über die Umsetzung bis hin zur experimentellen Validierung.

7. Allgemein: Passive Hochfrequenzkomponenten

Dieser Forschungsbereich befasst sich mit der Analyse, dem Entwurf, der Simulation und der Umsetzung passiver Hochfrequenzkomponenten wie Antennen, Antennenarrays, Filtern, Resonatoren, Leistungsteilern, Kopplern und Wellenleiterstrukturen. Im Mittelpunkt steht die Entwicklung effizienter und anwendungsorientierter Komponenten mit eindeutig definierten elektromagnetischen Eigenschaften. Dabei stehen theoretische Modellierung, numerische Optimierung, Fertigung und experimentelle Validierung im Mittelpunkt.

Die folgenden Anwendungsbereiche dienen als Orientierung, damit Studierende Themen identifizieren können, die ihren Interessen und Stärken entsprechen. Je nach Thema kann sich eine Arbeit auf ein einzelnes Gebiet konzentrieren oder mehrere Aspekte aus Theorie, Simulation, Entwurf und Messung miteinander verbinden. Studierende, die sich für mehrere Bereiche interessieren, sind ausdrücklich willkommen – gemeinsam können wir ein geeignetes Thema entwickeln, das zu ihrem akademischen Hintergrund und ihren Interessen passt.

• HF- und Mikrowellengeräte: Chip-to-Chip-Verbindungen, drahtlose Energieübertragung, Millimeterwellenkomponenten
• Antennen und Wellenausbreitung: Rekonfigurierbare Antennen, dielektrische Antennen, UWB-Antennen, Polarisationskonverter, Nahfeldmessungen  
• Passive Komponenten: Resonatoren, Filter, Leistungsteiler, Koppler, Übergänge, Wellenleiterstrukturen  
• Sensorik, Bildgebung und Lokalisierung: Zerstörungsfreie Mikrowellen- und Millimeterwellensensorik, elektromagnetische Bildgebung, Zielerkennung und Lokalisierung
• Materialien und Charakterisierung: Elektromagnetische Streuung, Bestimmung dielektrischer Eigenschaften, Materialcharakterisierung, Mie-theorie-basierte Analysen  
• HF-Absorber: 3D-druckbare Absorber, Reduzierung von Kopplungen, Unterdrückung von Interferenzen, Absorber gestützte Messumgebungen  
• Theorie und Simulation: Elektromagnetische Modellierung, numerische Methoden wie MoM und FEM, analytische Modelle, elektromagnetische Vollwellensimulationen

Unsere Forschung verbindet theoretische Analyse, Simulation, Entwurf, Prototypenentwicklung und experimentelle Validierung. Studierende werden in den gesamten Entwicklungszyklus einbezogen und profitieren vom Zugang zu modernen Softwarewerkzeugen, Messinfrastruktur und institutseigenen Fertigungsmöglichkeiten.

• Typischer Ablauf: Theorie → Simulation →Entwurf → Prototypenentwicklung  
• Typische Simulationswerkzeuge: CST Microwave Studio, Keysight ADS, MATLAB, Python, Altair FEKO, Ansys HFSS  
• Messmöglichkeiten: Absorberkammer, Vektornetzwerkanalysator bis 220 GHz, Spektrumanalysator, Chip-Probing-Station, Profilometer, mikrometergenaue Positionierstufen  
• Fertigungsmöglichkeiten: Leiterplattenätzen, 3D-Druck, mechanische Werkstatt, Drahtbonden  

Gestalten Sie Ihre Abschlussarbeit individuell!

Die Themen können an Bachelorarbeiten, Forschungsprojekte oder Masterarbeiten angepasst werden. Für weitere Informationen können Sie uns gerne kontaktieren, um Ihre Interessen zu besprechen:

• Deutsch: Max Lippoldt: max.lippoldt@ihf.uni-stuttgart.de  
• Englisch: Fatemeh Habibi: fatemeh.habibi@ihf.uni-stuttgart.de  

Werden Sie Teil unseres Teams und gestalten Sie die Zukunft der Hochfrequenztechnologien mit!