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Scientific news from division 2

Latest scientific news

Planar 4x4 Patch Antenna Array with electronic beam steering capability

Within the project Gemimeg-II “Secure and Robust Calibrated Measurement Systems for the Digital Transformation” funded by the Federal Ministry for Economic Affairs and Energy (BMWi), the 13 partner institutions aim at developing reliable quality standards for communication of digital data, information and certificates. In this framework the PTB department “High Frequency and Fields” performs...

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Freifeld mit Hochspannungsgenerator und Präzisionsspannungsteiler

Zur Unterstützung des Ausbaus neuartiger DC-Hochspannungsübertragungsnetze, z.B. für die geplanten Nord-Süd-DC-Hochspannungstrassen in Deutschland, wirkt die PTB maßgeblich an der Entwicklung von messtechnischen Lösungen mit. In einem ersten Schritt wurden dazu ein 2000 kV-Gleichspannungsgenerator und ein Spannungsmessteiler entwickelt und auf dem Freifeld der PTB im Sommer 2020 erfolgreich...

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Line arrangement of the twisted pair cable

As part of an industrial cooperation, PTB recently set up a complete measurement uncertainty budget for symmetrically transmitted scattering parameters, the so-called mixed-mode scattering parameters, for the first time. This parameter is particularly relevant for differential line systems, such as those used for printed circuit boards or multi-wire transmission lines.

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Quantum Hall resistance standard in sample socket

The Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) and the Bureau International des Poids et Mesures (BIPM, based near Paris) have agreed on a scientific cooperation in the field of metrology of the quantum Hall effect. As part of this cooperation, the PTB is supplying quantum standards to the BIPM for the realization of the unit of electrical resistance, the ohm.

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New coaxial connector type 1.35 mm

As first national metrology institute worldwide PTB has set up traceable scattering parameter measurements with the new coaxial connector of type 1.35 mm. The connector covers frequencies up to 90 GHz and will be included in the next issues of the relevant IEEE and IEC standards. This is the result of a cooperation to develop a connector for E-band applications, in which PTB has been involved...

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Verbundprojekt »LamA-connect« entwickelt intelligente und BSI-konforme Steuerungs- und Abrechnungskonzepte für die Ladeinfrastruktur.
Wenn zu Spitzenzeiten viele Elektroautos gleichzeitig geladen werden, kann dies zu Netzüberlastungen führen. Im Verbundprojekt »LamA-connect« entwickelt die PTB zusammen mit insgesamt 11 Partnern unter Führung des Fraunhofer IAO Lösungen, die ein sicherheits-,...

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Lithographisch hergestellte planare Feldspule

Im Rahmen des von der PTB koordinierten Europäischen Forschungsprojekts „NanoMag“ wurden verschiedene Kalibrierverfahren zur Rückführung magnetischer Feldmessungen mit Ortsauflösung von einigen zehn Nanometern miteinander verglichen und validiert. Die Ergebnisse dieser Forschungsarbeiten wurden kürzlich in der angesehenen Fachzeitschrift „Small“ publiziert.

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Logo of European Metrology Network “Quantum Technologies” (EMN-Q)

The first General Meeting of the European Metrology Network on Quantum Technologies (EMN-Q) was held on 15 October 2019 in Berlin. Main targets of the network, in which PTB is involved in operational and executive functions, is the coordination of metrological activities in quantum technology and their strategic development in Europe, oriented to the needs of relevant stakeholder groups.

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Schaltplan Diskrete Transistorschaltung

Die hohe Präzision elektrischer Gleichstrommesstechnik beruht auf der Rückführung der Messgrößen auf Quantennormale, die typischerweise in Nationalen Metrologieinstituten wie der PTB eingesetzt werden. Bei der Kalibrierung von Spannungsnormalen ist die Unsicherheit der Weitergabe limitiert durch das inhärente Rauschen der als Transfernormale genutzten Zener-Dioden, deren Funktion auf einem...

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Kalibrierteiler KT24A

Für die Kalibrierung von Brückennormalen für die Dehnungsmessstreifen (DMS)-Messtechnik wurde in der PTB ein vollautomatisierter Messplatz fertiggestellt und für Kalibrierungen in Betrieb genommen. Der Messplatz basiert auf einem schrittmotorgesteuerten 8-dekadischen induktiven Spannungsteiler sowie einer Schrittmotorsteuerung für Brückennormale des Typs BN100 und weiteren per Rechner steuerbaren...

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Untersuchungen Übertragungsqualität in einem 300-GHz-Datenlink unter Ausnutzung einer Wandreflexion

Der Bedarf an hohen Datenraten in der drahtlosen Kommunikation steigt rasant. Jenseits des derzeit diskutierten neuen Mobilfunkstandards der 5. Generation „5G“ werden Datenraten im Bereich von 100 Gbit/s jedoch nur realisierbar, wenn auch Bandbreite im unteren THz-Frequenzbereich verwendet wird. Hierfür sind neue Ansätze zur Datenübertragung erforderlich und eine Reihe technischer Hürden müssen...

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Der Ausbau der Windenergie an Land ist für das Gelingen der Energiewende eine zentrale Säule. Ein wesentlicher Faktor für die Windenergienutzung ist die Flächenbereitstellung. Raumnutzungskonflikte werden zunehmend zum Hemmnis des Ausbaus. Im Fokus des neuen Projektes RIWER steht der Raumkonflikt zwischen Windenergieanlagen (WEA) und Wetterradaranlagen (WRA) des Deutschen Wetterdienstes (DWD).

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Windkraftanlage mit PTB-Flugmessplattform

In der PTB ist es weltweit erstmals gelungen messtechnisch aufzuzeigen, wie, in welchem Maße und unter welchen Bedingungen Windenergieanlagen Einfluss auf die Signalintegrität von Flug-Navigationsanlagen haben. Diese Erkenntnisse machen ein Prognosewerkzeug möglich, das bei hunderten im „Genehmigungsstau“ steckenden Bauanträgen für eine schnellere Entscheidung sorgen könnte.

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Quasi-optischer Messaufbau

Im Frequenzbereich zwischen 80 GHz und 110 GHz wurde erstmals ein Messvergleich zwischen der leitungsgebundenen Hochfrequenzleistungsmessung im Rechteckhohlleiter einerseits und der Leistungsmessung eines gaußverteilten Freistrahls andererseits durchgeführt. Dabei wurde basierend auf den Messunsicherheiten der jeweiligen Leistungsdetektion unter Berücksichtigung der Transmissionsunsicherheit des...

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Messaufbau planare Streuparametermessungen

Das von der EU geförderte und von der PTB koordinierte EMPIR-Projekt PlanarCal ist nach einer Laufzeit von drei Jahren erfolgreich abgeschlossen worden. An dem aus 12 Partnern bestehenden Konsortium waren neben vier führenden europäischen Metrologieinstituten verschiedene europäische Universitäten und Forschungsinstitute sowie Messgerätehersteller und industrielle Anwender beteiligt.

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Schema PIM-Störfrequenz im Empfangsband (Rx)

Das Ziel des neuen Arbeitskreises „PIM-Interest Group“ ist es, die größten Herausforderungen zur Vermessung von Passiver Intermodulation (PIM) zu erfassen und zu bewältigen und damit den Ausbau des Mobilfunks (5G) sowie die Entwicklung von Satelliten nachhaltig zu unterstützen. Der Arbeitskreis setzt sich zusammen aus Vertretern von Industrie und renommierten nationalen und internationalen...

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Am 13. Mai 2019 fand in Ljubljana (Slowenien) der Start des durch EURAMET ins Leben gerufenen Europäischen Metrologienetzwerks „Smart Electricity Grids“ (EMN SEG) statt. Die PTB beteiligt sich an der operativen Arbeit und ist auch in den Leitungsgremien des Netzwerks vertreten. Kernziele des Netzwerks sind eine wirksamere Ermittlung des tatsächlichen metrologischen Forschungsbedarfs in der...

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Foto Breitbandiger Stromwandler

In der elektrischen Energieversorgung wird in den wichtigen Knotenpunkten des Übertragungsnetzes - den Hochspannungsstationen - zukünftig digitale Messtechnik eingesetzt. Die Sekundärsignale der eingesetzten Spannungs- und Stromwandler werden dabei digitalisiert und zeitgestempelt zu den ebenfalls digital arbeitenden Messgeräten übertragen. Hierzu wurde das europäische Metrologieforschungsprojekt...

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Für die Erzeugung von sehr stabilen und sauberen Gleichspannungen über eine Million Volt wurde eine Erzeugungseinrichtung geschaffen, welche neue Kalibriermöglichkeiten für hochfrequente Wechselspannungen und Gleichspannungen über 1000 kV eröffnet.

 

 

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Eichungen und Rückführungen von Messgeräten, die für Eichtätigkeiten verwendet werden, werden im gesetzlichen Messwesen auf der Basis von Verfahrensanweisungen durchgeführt. Diese Anweisungen werden von der Arbeitsgemeinschaft für Mess- und Eichwesen (AGME) erstellt und für Eichämter und staatlich anerkannte Prüfstellen zur Verfügung gestellt. Übergeordnetes Ziel ist es, eine deutschlandweit...

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Public-Key-Signaturverfahren

Das Mess- und Eichrecht sorgt in Deutschland dafür, dass beim Verkauf von Ladestrom abgerechnete Energiemengen richtig und für den Kunden nachvollziehbar gemessen werden. Als technische Maßnahme zur Erfüllung der eichrechtlichen Kundenschutzanforderungen setzen die Ladesäulenhersteller zunehmend sogenannte Public-Key-Signaturverfahren ein. Die Public-Keys werden jetzt mittels eines zwischen PTB...

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Harmonische Prüflast (HPL)

Die elektromagnetische Verträglichkeit zwischen am Stromnetz betriebenen Komponenten gewinnt zukünftig immer mehr an Bedeutung. Die PTB hat sich in einem Forschungsvorhaben mit weiteren Projektpartnern das Ziel gesetzt, ein Prüflastnormal zur rückgeführten Kalibrierung von Netzrückwirkungssystemen zu entwickeln und aufzubauen.

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Laborraum mit Messsystem

Elektrische Energie bzw. Arbeit ist ein wichtiges Wirtschaftsgut. Da die Messung der Energie als Grundlage für Abrechnungen verwendet wird, unterliegen die Messeinrichtungen sehr hohen Zuverlässigkeitsanforderungen. Mit dem neu aufgebauten Prüfstand soll eine Möglichkeit geschaffen werden, elektronische Elektrizitätszähler auf ihre korrekte Arbeitsweise bei nicht-sinusförmigen Stromsignalen zu...

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Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme eines NanoSQUID-Chips

Im Reinraumzentrum der PTB wurden NanoSQUID-Schaltungen basierend auf Josephson-Kontakten der Schichtenfolge Supraleiter-Isolator-Supraleiter (SIS) hergestellt. Gegenüber mit alternativen Technologien gefertigten Josephson-Kontakten zeichnen sich diese durch ihre besseren Rauscheigenschaften aus. Die neuen NanoSQUID-Sensoren werden künftig im Fachbereich „Biosignale“ der PTB für den Aufbau eines...

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Inbetriebnahme des „Echtzeit“-JAWS-Systems am NPL im Februar 2019

Schaltungen für das pulsgetriebene Josephson-Spannungsnormal (JAWS) der PTB wurden im Rahmen des EMPIR-Projektes QuADC am National Physical Laboratory (NPL, nationales Metrologieinstitut von UK) in ein innovatives JAWS-System der nächsten Generation integriert. Damit kann der JAWS-Chip quasi in Echtzeit jedes beliebig geformte Eingangssignal mit hoher spektraler Reinheit quantisieren.

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Das pulsgetriebene Josephson-Spannungsnormal der PTB ist so weit praxistauglich, dass es zu mehreren Metrologieinstituten transferiert werden konnte. Im Jahr 2019 wurden drei Systeme mit PTB-Unterstützung am VNIMM (Russland), am TÜBITAK (Türkei) und am BIRMM (China) erfolgreich in Betrieb genommen. Die pulsgetriebenen Josephson-Spannungsnormale der PTB sind somit bereits in neun Ländern im...

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2D-Farbdiagramm-Darstellung des Detektionsstroms

Mit einer neuentwickelten Mikrowellen-Tunnelkontaktschaltung ist es gelungen, die quantenelektrodynamischen Eigenschaften eines gekoppelten Systems bestehend aus einem Josephson-Oszillator und einem 80-GHz-Dünnschicht-Resonator sichtbar zu machen und auszumessen. Beobachtet wurden die sogenannten bekleideten Zustände des Systems, die sich im Bereich der Kreuzung der individuellen...

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Teilnehmerinnen und Teilnehmer der Tagung Kryoelektronische Bauelemente (KRYO 2019)

Seit mehr als 35 Jahren werden bei der Tagung Kryoelektronische Bauelemente neueste Entwicklungen auf dem Gebiet der Supraleitungselektronik und der Kryotechnik vorgestellt und diskutiert. In diesem Jahr hat der Fachbereich „Quantenelektronik“ der PTB diesen Workshop ausgerichtet.

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Diagramm Frequenzspektrum des synthetisierten Signals eines Test-Chips

Zur Optimierung des in der PTB vorhandenen pulsgetriebenen Josephson-Spannungsnormals (JAWS) wurden breitbandige On-Chip-Leistungsteiler weiterentwickelt, die eine optimale Übertragung der elektrischen Anregungspulse in parallele JAWS-Schaltungen ermöglichen. Mit Hilfe des Leistungsteilers sollen die Ausgangsspannung des JAWS-Systems erhöht werden und die Anzahl von Hochfrequenzkabeln, die zur...

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Kreisförmiger Prüfkörper

Die Elektronenstrahllithographie ist eine der Basistechnologien für die Fertigung von Quantennormalen in der Abteilung „Elektrizität“ der PTB. Darüber hinaus gibt es aber auch bei anderen Fachabteilungen der PTB und an Instituten der TU Braunschweig Bedarf an der Fertigung von Mikro- und Nanostrukturen, der durch die Elektronenstrahllithographie im PTB-Reinraumzentrum bedient werden kann.

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Graphische Darstellung des Resultats einer rückgeführte Streufeldmessung

Im Rahmen eines Kooperationsprojektes der PTB mit der Firma Matesy GmbH (Jena, D) wurde ein auf dem magnetooptischen Faraday-Effekt beruhendes System zur ortsaufgelösten Streufeldmessung rückgeführt kalibriert. Zudem wurden Simulationsalgorithmen entwickelt, die neben der schnellen Messung makroskopischer magnetischer Proben erstmals auch eine rückgeführte Charakterisierung mikroskaliger...

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Für die Messung von räumlich auf Nanometerskala variierenden magnetischen Feldverteilungen standen bislang keine international akzeptierten Messverfahren zur Verfügung. Das von der PTB geleitete und kürzlich erfolgreich abgeschlossene europäische Forschungsprojekt NanoMag schließt diese Lücke und ermöglicht zukünftig international vergleichbare Messungen von Magnetfeldverteilungen mit hoher...

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stability diagram

Quantum dots are used in semiconductor quantum technology. They allow to localize and control single electrons in semiconductor devices. Many applications require a fast initialization of a certain quantum state of the electrons. For this purpose, a new technique based on control of tunnelling rates has been developed at PTB.

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Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme des zum Einfangen ballistischer Elektronen verwendeten Einzelelektronenschaltkreises

Im Rahmen des europäischen Forschungsprojekts SEQUOIA („Single-electron quantum optics for quantum-enhanced measurements“) wird in der PTB seit Mai 2018 an metrologischen Werkzeugen zur Charakterisierung des Quantenzustands einzelner Elektronen geforscht. Langfristiges Ziel dieser Arbeiten ist die Entwicklung räumlich und zeitlich hochauflösender Sensorik für die Messung elektrischer und...

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