22.11.2010
Im Rahmen des von der EU im Programm iMERA-plus geförderten Projekts „Traceable measurement of field strength and SAR for the Physical Agents Directive (EMF and SAR)“, in dem sieben europäische nationale Metrologieinstitute zusammenarbeiten, wurden an der PTB Feldstärkesensoren für den Frequenzbereich zwischen 40 GHz und 300 GHz entwickelt. In den letzten Jahren wird dieser Frequenzbereich, der aufgrund des Mangels an geeigneten Quellen und Detektoren lange nur sehr schwer zugänglich war, immer häufiger in kommerziellen Anwendungen genutzt, z.B. für Körperscanner zur Personenkontrolle auf Flughäfen. Im Rahmen des Arbeitsschutzes limitiert die EU-Direktive EC 2004/40/EC “Physical Agents Directive” die elektrische Feldstärke, der Personen am Arbeitsplatz ausgesetzt werden dürfen, auf einen Wert von 137 V/m. Derzeit existiert jedoch keine Möglichkeit, die Einhaltung dieses Grenzwertes zuverlässig, d.h. rückgeführt auf die Einheiten des internationalen Einheitensystems (SI), nachzuweisen, da weder geeignete Feldstärkesensoren noch die Möglichkeit einer Kalibrierung in diesem Frequenzbereich vorhanden sind. Kommerzielle Feldstärkesensoren sind bisher nur für Frequenzen bis zu
40 GHz (mit Einschränkungen bis 60 GHz) verfügbar. An der PTB können kommerzielle Feldstärkesensoren derzeit bis zu Frequenzen von 18 GHz kalibriert werden.
Als ein erster Schritt zur Lösung dieses Problems wurden in dem Projekt planare Feldstärkesensoren auf Hochfrequenzsubstraten entworfen und in Zusammenarbeit mit dem Institut für Hochfrequenztechnik der TU Braunschweig hergestellt. Die Feldstärkesensoren bestehen aus einer breitbandigen planaren logarithmisch-periodischen Antenne (Spiralantenne oder Bow-Tie-Antenne), in deren Speisepunkt sich eine Flip-Chip-Schottky-Diode zur Gleichrichtung des empfangenen Hochfrequenzsignals befindet. Nach der erfolgreichen Optimierung der Antennenentwürfe durch Simulationsrechnungen und der Herstellung erster Antennen konnte die Funktion der Feldstärkesensoren nachgewiesen werden. Mit Hilfe geeigneter Hornantennen wurden Felder erzeugt, mit denen die Sensitivität der neuen Sensoren bestimmt wurde. Bei der Messung kam ein Vektornetzwerkanalysator zum Einsatz, der seit kurzem an der PTB zusammen mit den erforderlichen Frequenzbereichserweiterungen für die Hohlleiterbänder zwischen 50 GHz und 325 GHz zur Verfügung steht und mit dem die PTB als eines von wenigen Metrologieinstituten in der Lage ist, solche Entwicklungsarbeiten durchzuführen.
Bild: Feldstärkesensor auf Basis einer planaren logarithmischen Spiralantenne. Das Foto vom Speisepunkt im Zentrum der Antenne zeigt die Schottky-Diode zur Gleichrichtung des Hochfrequenzsignals.
Ansprechpartner: Thomas Kleine-Ostmann
Fachbereich 2.2: Hochfrequenz und Felder