Charakterisierung von Partikelströmen mit Radarsystemen im Millimeterwellenbereich

Die präzise Charakterisierung von Partikelströmen ist in zahlreichen industriellen und ökologischen Anwendungsbereichen von zentraler Bedeutung. Neben der Emissionskontrolle zur Einhaltung gesetzlicher Grenzwerte spielt die Echtzeitüberwachung in einigen Prozessen eine entscheidende Rolle. Während optische Verfahren oft limitiert sind, bietet die Radartechnik eine robuste Alternative. Diese Arbeit untersucht das Potenzial von Millimeterwellen-Radarsystemen zur berührungslosen Bestimmung von Massenkonzentration und Partikelgröße in großen Messvolumina. 

Basierend auf theoretischen Erkenntnissen werden verschiedene bistatische Radarsysteme im Frequenzbereich von 90 bis 282\,GHz entworfen und realisiert. Dabei werden zwei verschiedene technologische Ansätze verfolgt. Zum einen hohlleiterbasierte Sensoren für eine maximale Sendeleistung und Empfindlichkeit sowie zum anderen hochintegrierte Sensoren basierend auf SiGe-Technologie für kompakte Anwendungen. Ein zentrales Merkmal der entwickelten Systemarchitektur der hohlleiterbasierten Sensoren ist ein drahtloses Synchronisationskonzept, das die flexible Installation an großen Industrieanlagen ohne aufwendige Verkabelung ermöglicht. 

Zur Validierung der Systeme wurde ein vertikaler Strömungskanal mit einem eigens entwickelten Partikeldispenser aufgebaut. Die Messergebnisse bestätigen die theoretisch hergeleitete Linearität zwischen der empfangenen Leistung und der Massenkonzentration. Darüber hinaus wird demonstriert, dass durch die simultane Messung mit zwei Sensoren bei verschiedenen Frequenzen die Partikelgröße bestimmt werden kann. Ebenso wird ein alternativer Ansatz zur Bestimmung der Dimension diskutiert, bei dem zwei Empfänger an unterschiedlichen Positionen verwendet werden. Zum Abschluss der Arbeit wird ein Fazit aus den gewonnenen Erkenntnissen dieser Arbeit gezogen. Anhand des Fazits wird ein potenzieller Ausblick auf zukünftige wissenschaftliche Arbeiten vorgestellt.