Gräbner, Frank

Hildenbrand, Stefan

Huck, Hans-Georg

Hungsberg, Axel

Liemann, Gudrun

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  50. Internationales  Wissenschaftliches Kolloquium   September, 19-23, 2005   Maschinenbau  von Makro bis Nano / Mechanical Engineering  from Macro to Nano   Proceedings    Fakultät für Maschinenbau / Faculty of Mechanical Engineering     Startseite / Index:  http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=15745 Impressum  Herausgeber: Der Rektor der Technischen Universität llmenau  Univ.-Prof. Dr. rer. nat. habil. Peter Scharff  Redaktion: Referat Marketing und Studentische Angelegenheiten  Andrea Schneider   Fakultät für Maschinenbau  Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Peter Kurtz, Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. med. (habil.) Hartmut Witte, Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Gerhard Linß,  Dr.-Ing. Beate Schlütter, Dipl.-Biol. Danja Voges,  Dipl.-Ing. Jörg Mämpel, Dipl.-Ing. Susanne Töpfer,  Dipl.-Ing. Silke Stauche  Redaktionsschluss: 31. August 2005 (CD-Rom-Ausgabe)  Technische Realisierung:  Institut für Medientechnik an der TU Ilmenau (CD-Rom-Ausgabe) Dipl.-Ing. Christian Weigel Dipl.-Ing. Helge Drumm Dipl.-Ing. Marco Albrecht  Technische Realisierung: Universitätsbibliothek Ilmenau (Online-Ausgabe)   Postfach 10 05 65  98684 Ilmenau  Verlag:   Verlag ISLE, Betriebsstätte des ISLE e.V.  Werner-von-Siemens-Str. 16  98693 llmenau   © Technische Universität llmenau (Thür.) 2005   Diese Publikationen und alle in ihr enthaltenen Beiträge und Abbildungen sind urheberrechtlich geschützt.   ISBN (Druckausgabe): 3-932633-98-9  (978-3-932633-98-0) ISBN (CD-Rom-Ausgabe): 3-932633-99-7 (978-3-932633-99-7)  Startseite / Index: http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=15745 50. Internationales Wissenschaftliches Kolloquium Technische Universität Ilmenau 23.-26. September 2005    F. GRÄBNERb), HILDENBRANDb), A. HUNGSBERGb), H.G. Huck a) , G. Liemannb)    	   ﬀ ﬁﬃﬂ 	!"ﬂ# $  "%	  "       &     ﬀ ﬁ&  'ﬂ( 	  ﬂ)   *%+,.-/012,43'576/ 8:9";<>=?3@*A,/B0/-DCEGF1IH5J12KLK)/5340-6/-*+ ,M- /0 1 , 3 5J6 / 8 9 ;"< = 3 * ,%/>B 0 /- C ENF 1>H 5 1OK K#/"5 3P0 - 6 /-QSR TU%V>WXVYDZ[V"U%V"Q#\] ^_Uﬃ`OaV"UMbccc d efZQ R T UVW&X V Y Z [ VUVQ)\ ] ^ U'` a>VU b>ccc d e Z     I. EINLEITUNG    In der heutigen Zeit der Einführung neuer Technologien der Funkübertragung, der Mobilfunkkommunikation ( D-Netz, E-Netz, UMTS ), der Netzwerke, Bussysteme ( CAN, LON, INTERBUS ) , und Video/ Audio Anwendungen werden neue Übertragungsraten und hohe Taktfrequenzen genutzt. Für bisherige technische Anwendungen mit Frequenzobergrenzen bis 1000 MHz [1] waren HF-Materialien [ 2 ] mit Arbeitsbereichen der oben genannten Frequenzobergrenze ausreichend entwickelt und einsetzbar. Diese Materialien genügen aber nicht mehr den neuen Technologien.  In Zukunft werden neuartige HF-Materialien als Absorbermaterialen [ 3 ],  Entstörmaterialien, Materialien für Gehäusemodule und Höchstfrequenzleiterplatten und Koaxialleitungen zwingend für Frequenzen > 1000 MHz zu entwickeln sein. In der Arbeit wird insbesondere auf ferrimagnetische Schichtsysteme als EMV – Materialien für die neuen notwendigen Arbeitsgebiete eingegangen.   Diese Dünnschichtsysteme setzten eine fundierte Analyse der Wechselwirkung HF-Absorption / Schichtcharakteristik voraus.   Die Frage der Schichtanordnung eines Monolayersystems für HF-Koaxialleitungen wird experimentell diskutiert.   Wichtig für das PVD-Verfahren Sputtering sind Targetgeometrie, Sputterdruck, Sputtertemperatur.  Die EMV – Anwendbarkeit wird diskutiert                II ABSORBIERENDE LEITUNSSCHICHT EINER KOAXIALLEITUNG   Röntgendiffraktometrische Analyse   Die röntgendiffraktometrische Analyse gibt Aufschluss über  die Kristallphase einer Schicht.  Bei einer Temperung von + 400 °C der Schicht wurde eine reine amorphe Phase analysiert. Die Spinellphasen Magnetit, Frankletit und Hematit waren nicht als Reflex sichtbar. Erst bei einer Temperung der Schicht bei + 800 °C konnte eine Kristallphase mittels Röntgenbeugung visualisiert werden.    Es wurde eine Hematitphase analysiert. Die Schicht wies somit kristallitische Phasen auf. Dies ist in Bild  1 zu sehen.    Nanoschicht  800°C 00-033-0664 (*) - Hematite, syn - Fe2O3 - Y: 110.89 % - d x by: 1. - WL: 1.5406 - 0 - I/Ic PDF 2.4 - Operations: Smooth 0.150 | Import Magnetitschicht  800°C - File: 08ms 800°C.raw - Type: 2Th/Th locked - Start: 15.000 ° - End: 100.000 ° - Step: 0.020 ° - Step time: 2. s - Temp.: 22 °C - Time Started: 4268 s - 2-Theta: 15.000 ° - Theta: 7.500  Lin (Counts) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 2-Theta - Scale 15 20 30 40 50 60 70 80 90 100 d=3,67676 d=2,69244 d=2,51321 d=2,28491 d=2,20234 d=1,83691 d=1,68967 d=1,59376 d=1,48411 d=1,45072 d=1,30816 d=1,10334   Bild 1 : Röntgendiffraktometriediagramm einer bei 800 °C getemperten                  Ferritschicht mit einer Schichtdicke von 120 nm                 *  RF Analyse bis 20000 MHz   Die RF Analysen wurden in einem Koaxleiter bis 3,8 GHz und im Hohlleiter bis 20 GHz realisiert.   Im Koaxialleiter wurde als Absorption die Reflexionsdämpfung an einem Metallabschluss gemessen. Im Hohlleiter die Transmissionsdämpfung durch die elektrisch nicht leitfähige Schicht.    Transmissionsdämpfung Magnetit/Frankletit/Hematit-10-8-6-4-2020 5000 10000 15000 20000f/MHza/dB  Bild 3:    Transmissionsdämpfung im Hohlleiter gemessen bis 18 GHz ,                 Probe : Ferrit mit einer Schichtdicke von 120 nm , maximale                 Absorption a = 5 dB     Es ist somit eine hohe Absorption der dünnen Magnetschicht bei 20 GHz mit 5 dB zu konstatieren.          Die allgemeinen Absorptionsdaten der Schicht:  Frequenz f in MHz   1000          2000         5000          10000 15000   18000 Absorption in dB   0,2   0,6      2         3       4        5   Damit kann einen Nanoschicht Absorptionsdämpfungen eines Volumenabsorbers der mittleren Güte erreichen.         III    NEUARTIGE KOAXIALLEITUNG MIT NANOSCHICHT   * Messung mit Stripline  Der Messaufbau entsprach normativ der Stripline Methode. Die Messungen dienten der Darstellung der Unterschiede in der Abstrahlung zwischen der untersuchten Kabelvariante sowie des Einflusses einer absorbierenden Umhüllung. Von allen genannten Kabeln wurden Probenmuster mit einer mechanischen Länge von 100cm angefertigt. Diese wurden mit den erforderlichen Abschlüssen versehen und an einer Seite mit 50 g  terminiert.   Messskizze 1 des Messaufbaus:                                  Bild 3: Messaufbau zur Schirmdämpfungsmessung einer Koaxialleitung in einem  Striplinemessplatz   Weitere alternative Messverfahren zur Schirmdämpfungsmessung von Leitungen können Triaxialmeßverfahren ( Messskizze 2 ) sein.    Messskizze 2 :   Triaxialmessverfahren  In diesem Triaxialmessverfahren wird die Gesamtschirmdämpfung aus dem logarithmischen Verhältnis aus Außenschirmung ( Messumgebung ) und Innenschirmung / Innenkreis sein.  Somit ist die Schirmdämpfung des Kabels eine Dämpfung bezogen auf den Aussenkreis.  Die Schirmdämpfungsmessmethode legt die Messumgebung ebenso fest, wie die Koaxmeßzellenmethode u.a. . Die definierte Messumgebung  ist in der mit einem 50 Ohm System abgeschlossenem Generator-Empfänger-Striplineanordnung zu sehen.  In diesem „ Fernfeldsystem „ ist eine definierte Feldumgebung von E/H zu erwarten.  Ebenso ist dieses System angepasst bis mindestens 2 GHz. Dies wurde im Smith Diagramm nachgewiesen.  Genau in die Mitte des Streifenleiters wird nun das Kabelsystem mit 50 Ohm-Abschluss und Messempfänger gelegt.   Die Kurve in Bild 4 zeigt eine unbeschichtete Koaxialleitung, welche in der Stripline vermessen wurde.      Bild 4:  Schirmdämpfung der unbeschichteten HF Koaxleitung RG58 mit Kupferstripline                 Bild 5:  Schirmdämpfung der beschichteten HF Koaxleitung RG58 mit Cu Stripline     VI. DISKUSSION UND ZUSAMMENFASSUNG    Es ist gelungen mittels des MF - Sputterverfahrens ferritische Schichten auf HF-Koaxialleitungen der Firma LEONI GmbH & Co KG abzuscheiden. Die Schichtcharakteristik wies ein Multiphasensystem von Eisen und Eisenoxyden auf. Es wurde eine fast linear anwachsende Reflexionsdämpfung von 0,6 dB ab 1000 MHz bis 5 dB bei 20000 MHz gemessen. Die Schirmdämpfung konnte um 4 dB auf 50 dB bei 3,8 GHz erhöht werden. Dem Projektträger INNOWAT mbH Berlin wird für die finanzielle Unterstützung im Rahmen des FuE Projektes NANOLEITEC  gedankt.        Literaturverzeichnis  [1]  L. Michalowsky, Ferritwerkstoffe, Akademie-Verlag, Berlin, 1985 [2]  R.A. McCurrie, Ferromagnetic Materials, Structure and Properties, Academic Press, London, 1994 [3] S. Chikazumi, Physics of Ferromagnetism, Clarendon Press, Oxford, 1997 [4] L. Jang-Sik, L. Byung-Il, J. Seung-Ki, IEEE Trans. Magn. 35, 5 (1999) 3415 [5] J. Neamtu, M. Nogues, H. Gavrila, D. Barb, J. Phys. IV France 8 (1998) Pr2-257 [6] Z. Qian, G. Wang, J.M. Sivertsen, J.H. Judy, IEEE Trans. Magn. 33, 5 (1997) 3748  [7] M.F. Gillies, R. Coehoorn, J.B.A. van Zon, J. Appl. Phys. 83, 11 (1998) 6855 [8] M. Matsuoka, Y. Matsuda, Y. Hoshi, M. Naoe, J. Magn. Magn. Mat. 54-57 (1986) 1603 [9] H.S. Cho, S.K. Ha, H.J. Kim, Surface and Coatings Techn. 68/69 (1994) 279 [10] V.P. Ovsiannikov, G.V. Lashkarev, Y.A. Mazurenko, M.E. Bugaeva, Electrochem. Soc. Proc. 97-25 (1997) 1020 [11] D. Gangaware, R. Woolcott, A.I. Kingon, J.F. Roeder, T.H. Baum, Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 574 (1999) 169 [12] P.C. Dorsey, B.J. Rappoli, K.S. Grabowski, P.Lubitz, D.B. Chrisey, J. Appl. Phys. 81, 10 (1997) 6884 [13] A.K. Srivastava, M.J. Hurben, M.A. Wittenauer, P. Kabos, C.E. Patton, J. Appl. Phys. 85, 11 (1999) 7838 [14] M.M. Amado, M.S. Rogalski, L. Guimaraes, J.B. Sousa, I. Bibicu, R.G. Welch, S.B. Palmer, J. Appl. Phys. 83, 11 (1998) 6852 [15] S.Y. Bae, H.J. Jung, C.S. Kim, Y.J. Oh, J. Phys. IV France 8 (1998) Pr2-261 [16] S.Y. Bae, C.S. Kim, Y.J. Oh, J. Appl. Phys. 85, 8 (1999) 5226 [17] T. Nakamura, Proc. of ICF 8 (2000) 44 [18] Smithells, Metals Reference Book, Butterworth, 1992 [19] K.-H. Jost, Röntgenbeugung an Kristallen, Akademie-Verlag, 1975   Adressen     a)   Dipl.-Ing. H.G. Huck Leoni Kabel GmbH & Co KG Stiebelstr. 5 91154 Roth Email: hans-georg.huck@leoni.com         b)  Dr.-Ing. F. Gräbner Ing. St. Hildenbrand Herr A. Hungsberg Frau G. Liemann Institut für Maschinen, Antriebe und elektronische   Gerätetechnik gGmbH Neue HF-Materialien An der Salza 8a, 99734 Nordhausen, Germany Email: F.Graebner@IMG-Nordhausen.de   

Untersuchungen zu dünnen Magnetitschichten für neuartige Höchstfrequenzkoaxialleitungen im Frequenzbereich größer 1000 MHz

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