UNI Logo Ingenieurwissenschaften Bachelor & Masterarbeiten

Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg

Themen für Bachelor-, Master- und Diplomarbeiten
Katalog der Abschlussarbeiten pdf_(6,0_MB)

Masterarbeit: "Druckbare Nichtlineare Leitungen" icon
Nichtlineare Leitungen bestehen im Regelfall aus einer periodisch mit Varaktor- oder Schottky-Dioden (i.e. mit spannungsabhängigen Kapazitäten) beschalteten linearen Leitung, welche sich dadurch auszeichnet, dass zusätzlich zur Frequenzdispersion nun auch eine "Amplitudendispersion" auftritt – größere Signalamplituden breiten sich wegen der zugeordneten geringeren Kapazität etwas schneller aus als die kleineren Signalamplituden. Diese "Amplitudendispersion" kann so eingestellt werden, dass sie mit der Frequenzdispersion in einem dynamischen Gleichgewicht steht, was wiederum dazu führt, dass die übertragenen Impulse verzerrungsfrei entlang der Leitung propagieren können. Solche nichtlinearen Eigenlösungen heissen z.B. Solitonen. Mit Hilfe nichtlinearer Leitungen (bestehend aus entsprechend gearteten Leiterabschnitten) lassen sich elektrische Impulse z.B. auf rund 14%-ige Eingangsimpulsbreiten komprimieren. Bei entsprechend anders gestalteten Eingangssignalen können Schockwellenfronten mit verschwindend geringen Anstiegszeitkonstanten erzeugt werden. Im Frequenzbereich angeregt verhält sich die nichtlineare Leitung wie ein extrem breitbandiger harmonischer Mischer bzw. Frequenzvervielfacher. Eine der am schwersten wiegenden Einschränkungen des angestrebten Höchstfrequenzverhaltens dieser Leitungen ergibt sich aus der periodischen Anordnung der Dioden bzw. aus der resultierenden Unterdrückung höherer Frequenzen durch die sog. Bragg-Reflexion.

Im Rahmen dieser Masterarbeit soll ein innovativer Ansatz, bestehend aus druckbaren nanostrukturierten Schottky-Dioden untersucht werden, welcher eine kontinuierliche Beladung der Leitung mit Schottky-Dioden ermöglicht, wodurch die erwähnte spektrale Einschränkung im Prinzip wegfällt. Dies ist ein absolut neues Prinzip, welches im Rahmen einer Forschungszusammenarbeit der Fachgebiete ATE, NST und DSV analysiert werden soll. Das geschieht zum einen anhand realistischer numerischer Simulationen mit Hilfe von COMSOL (FEM-basierte Multi-Physics-Plattform), SPICE (elektrischer Schaltungssimulator) und ADS (Hochfrequenz-Schaltungssimulator). Zum anderen sollen die untersuchten Leitungen nach Möglichkeit auch hergestellt und experimentell validiert werden. Zur (numerischen) Modellierung der Schottky-Dioden gibt es zwei laufende Vorarbeiten (eine Bachelor-Projektarbeit und eine Diplomarbeit). Diese Masterarbeit behandelt demnach ein Thema, welches sich wissenschaftlich an der Forschungsfront befindet und nach Möglichkeit auch publiziert werden soll.

Aus diesem Grund suchen wir explizit eine mathematisch begabte Studierende/einen mathematisch begabten Studierenden mit Freude an einer etwas außergewöhnlichen, elektromagnetischen Problemstellung. Sie arbeiten in einem motivierten Team von Wissenschaftlern und Mitstudierenden und können sich gut in anspruchsvolle Themenstellungen einarbeiten. Sie werden von uns bestmöglich unterstützt, zumal diese Themenstellung wichtige Vorarbeiten zu einer größeren, interregional aufgestellten Forschungsinitiative mit internationalen Universitäts- und Industriepartnern liefern wird.

Neugierig geworden? Melden Sie sich einfach bei Prof. Dr. Daniel Erni (daniel.erni@uni-due.de) zu einem ersten informellen Gespräch.


Voraussetzungen: Freude an Mathematik und der Modellierung elektromagnetischer Wellen; Kenntnisse der Leitungstheorie und von MATLAB erwünscht.
Charakter der Arbeit: 20% Theorie / 60% Simulation / 20% Experiment.
Wir bieten: Sehr forschungsnahe Masterarbeit in einer interessanten Forschungsumgebung.
Kontakt: ATE:
Prof. Daniel Erni: daniel.erni@uni-due.de
M. Sc. Jan Taro Svejda: jan.svejda@uni-due.de">
M. Sc. Christian Thiel christian.thiel.ate@uni-due.de">

NST:
Dr.-Ing. Niels Benson
Prof. Dr. rer. nat. Roland Schmechel




Masterarbeit: "Metamaterial-based lens design for versatile switched-beam antennas" icon
Elektronisch steuerbare Gruppenantennen stellen bei InRaum-Funksystemen der neuesten Generation eine Schlüsselkomponente dar, deren Bedeutung in zukünftigen InRaum-Übertragungs-, Ortungs- und Erkundungsszenarien höchstmöglicher Performanz noch weiter zunehmen wird. Es ist bereits jetzt absehbar, dass solche Systeme bei Frequenzen im mm-Wellenlängenbereich betrieben werden, was wiederum eine große Herausforderung für die zugrundeliegende Antennentechnologie bedeutet. Einer ersten Abschätzung zufolge wird hierbei ein minimaler Antennengewinn von etwa 25 dB benötigt. Daraus resultiert eine Gruppenantenne mit rund 400 strahlenden Antennenelementen, wobei Letztere individuell mit unterschiedlichen Amplituden und Phasen angesteuert werden müssen (und dies bei Arbeitsfrequenzen bis 300 GHz), um die gewünschte Strahlschwenkung zu erzielen. Eine weitaus einfachere Methode der Strahlschwenkung besteht im Ein- und Ausschalten örtlich entsprechend versetzter Antennenelemente unter einer dielektrischen Linse (cf. Abbildung), weil sich die Position der strahlenden Antennenelemente (schwarz) durch die Linsenabbildung direkt in eine entsprechende Abstrahlrichtung übersetzen lässt.
Das Ziel dieser Masterarbeit besteht in der Untersuchung eines möglichen Prototyps einer solchen geschalteten Linsen-Antenne mit Hilfe elektromagnetischer Simulationstools. Der Schwerpunkt der Untersuchung liegt beim Entwurf der dielektrischen Linse, welche wiederum als planare Metamaterialstruktur ausgeführt werden soll, was den Entwurfsprozess wesentlich vereinfacht. Für die elektromagnetische Simulation stehen leistungsstarke Simulationstools zur Verfügung. Zum einen sind dies die auf der Finiten-Elemente- Methode (FEM) beruhenden Simulatoren Ansoft HFSS bzw. COMSOL Multiphysics, zum anderen könnte auch das im Fachgebiet ATE entwickelte elektromagnetische Simulationsprogramm openEMS (www.openems.de) zum Einsatz kommen, da dieser FDTD-Feldsimulator numerisch sehr leistungsfähig ist und ggf. auch zylindrische Gittergeometrien unterstützt. Erfolgreiche Linsen-Designs sollen zudem für eine herunterskalierte Arbeitsfrequenz (z.B. bei 10 GHz) hergestellt und entsprechend ausgemessen werden.
Die Masterarbeit ist Teil der Vorarbeiten zu einer geplanten Forschungszusammenarbeit zwischen der Universität Duisburg-Essen (mit den Fachgebieten ATE) und der Ruhr-Universität Bochum (mit dem Lehrstuhl für Hochfrequenzsysteme).


Voraussetzungen: Freude an der Modellierung elektromagnetischer Felder; Kenntnisse von MATLAB erwünscht.
Charakter der Arbeit: 30% Theorie / 50% Simulation / 20% Experiment.
Wir bieten: Forschungsnahe Masterarbeit in einer interessanten Forschungsumgebung.
Kontakt: ATE:
Prof. Daniel Erni: daniel.erni@uni-due.de
Dr.-Ing. Andreas Rennings: andreas.rennings@uni-due.de

RUB:
Prof. Dr.-Ing. Ilona Rolfes,
Lehrstuhl für Hochfrequenzsysteme;
Ruhr-Universität Bochum,
(www.hfs.rub.de)




Masterarbeit: "Elektrodynamische Kleinsignal-Modellierung eines InAs-Nanodraht-FET-Transistors" icon
Nanodraht-Transistoren werden aufgrund ihrer herausragenden elektronischen Eigenschaften als mögliche Nachfolger der heutigen mikroelektronischen Transistoren angesehen. Dabei sind aufgrund der geringen Bandlücke und hohen Mobilität insbesondere InAs-Nanodrähte interessant. Durch die den Nanodraht eng umfassende Gate-Kontaktierung (siehe Ω-Gate auf Foto) wird die Steuerwirkung des Transistors deutlich erhöht. Eine besondere Herausforderung stellt hier das sogenannte De-embedding dar, d.h. die Kleinsignal-Charakterisierung des eigentlichen Nanodraht-Transistorelements möglichst unabhängig vom Einfluss der vergleichsweise großen externen Kontaktierungsflächen.

Das Ziel dieser Masterarbeit besteht in der elektrodynamischen Simulation und Modellierung eines solchen InAs-Nanodraht-Feldeffekt (FET)-Transistors für Arbeitsfrequenzen bis in den Mikrowellenbereich um 30GHz. Für die elektromagnetische Simulation stehen zwei leistungsstarke Simulationstools zur Verfügung. Zum einen ist dies der auf der Finiten-Elemente-Methode (FEM) beruhende Simulator Ansoft HFSS, zum anderen könnte auch das im Fachgebiet ATE entwickelte elektromagnetische Simulationsprogramm openEMS (www.openems.de) zum Einsatz kommen, da dieser FDTD-Feldsimulator numerisch sehr leistungsfähig ist und ggf. auch zylindrische Gittergeometrien unterstützt. Für die Validierung der simulierten Daten und Modelle können bereits existierende Messdaten beigezogen werden. Die Frage der "Hochfrequenztauglichkeit" solcher Nanodraht-FET-Transistoren steht dabei stets im Zentrum, wodurch diese Masterarbeit auch ein aktiver Bestandteil der laufenden Forschung in den beiden Fachgebieten ATE und HLT ist.


Voraussetzungen: Freude an der Modellierung elektromagnetischer Felder; Kenntnisse von MATLAB erwünscht.
Charakter der Arbeit: 30% Theorie / 70% Simulation.
Wir bieten: Forschungsnahe Masterarbeit in einer interessanten Forschungsumgebung.
Kontakt: ATE:
Dr.-Ing. Andreas Rennings: andreas.rennings@uni-due.de
Prof. Daniel Erni: daniel.erni@uni-due.de
HLT:
Dr.-Ing. Werner Prost: werner.prost@uni-due.de
Prof. Dr. F.-J. Tegude: franz.tegude@uni-due.de"




Bachelorarbeit: "Intelligente Hochgeschwindigkeits-Zellsortierung in elektronisch getakteten Mikrofluidik-Chips" icon
Elektronische Zellsortierungen von biologischen Proben sind weit verbreitet in der biomedizinischen- und klinischen Forschung und könnten in der Zukunft durch "Therapeutisches Sortieren" eine neue Bedeutung bei der Behandlung von Patienten gewinnen. Für eine wachsende Zahl von Anwendungen, z.B. eine Genexpressionsanalyse mittels BioChip-Technologie, wird jedoch eine Steigerung der Sortierrate und höhere Zellausbeute innerhalb eines definierten Zeitraums benötigt, was mit bisherigen Zellsortier-Verfahren nicht erreicht werden kann.

Einen möglichen Ausweg bietet die hoch-parallelisierte Verarbeitung von Probeflüssigkeiten in Mikrofluidik-Chips. Mit Hilfe der sog. Elektrowetting-Technik können die zellenhaltigen Flüssigkeitströpfchen entsprechen einem geeigneten Sortieralgorithmus manipuliert (bewegt, geteilt, vereinigt) werden. Das Ziel der Arbeit besteht somit in der Entwicklung eines einfachen, hocheffizienten, parallelisierbaren Sortieralgorithmus, welcher in der Lage ist, markierte Einzelzellen aus der Tröpfchenkolonnen mittels einer minimalen Anzahl von Prozess-Schritten auszusondern. Die Tröpfchenkolonnen werden hier als Datenströme interpretiert, wodurch sich die zu untersuchenden Ströme relativ einfach mit Hilfe der Simulationsplattform MATLAB im Lichte eines anschaulichen Logistikproblems modellieren lassen. Die Arbeit basiert grundsätzlich auf der logistikbezogenen Entwicklung des Sortieralgorithmus und der dementsprechenden Projektierung des Chip-Designs. Das entworfene Sortiermodell ist mit Hilfe eines MATLAB-Simulators zu bewerten und zu analysieren.

Die Themenstellung bezieht sich auf aktuelle Forschungsaktivitäten des Instituts für Zellbiologie (Tumorforschung) am Universitätsklinikum Essen, des Fraunhofer Instituts IMS, den beiden Fachgebieten für Mikroelektronische Systeme und Allgemeine und Theoretische Elektrotechnik und wird daher mit regem Interesse begleitet und sehr aktiv unterstützt.


Voraussetzungen: Interesse an wissenschaftlichen Problemstellungen aus dem Bereich der Medizintechnik und der Logistik, sowie Matlab-Programmierung.
Charakter der Arbeit: 30% Literaturstudium / 70% Simulation.
Wir bieten: Eine interessante Forschungsumgebung an den Fachgebieten Allgemeine und Theoretische Elektrotechnik (ATE), dem Fraunhofer Institut IMS, dem Fachgebiet Mikroelektronische Systeme und dem Institut für Zellbiologie (Tumorforschung).
Kontakt: Prof. Daniel Erni: daniel.erni@uni-due.de
Dipl.-Ing. Fedor Schreiber: fedor.schreiber@uni-due.de




Bachelorarbeit: "Optimierung einer konischen Hornantenne für eine industrielle Radaranwendung bei 24 GHz" icon
Die zuverlässige berührungslose Messung von Medienflüssen und Füllständen gehört zu den wichtigsten Grundaufgaben im Bereich der industriellen Messtechnik und Sensorik. International führend auf diesem Gebiet ist die Duisburger Firma Krohne Messtechnik GmbH. Für die Füllstandsmessung mit Hilfe eines Radarsystems soll nun eine konische Hornantenne optimiert werden, deren Abstrahlöffnung mittels eines formschlüssigen dielektrischen Konus (siehe schattierter Bereich) gegen das zu messende Medium hermetisch abgedichtet wird. Ein typisches Einsatzszenario solch dichter Hornantennen ist die Vermessung von Tankfüllständen in der Lebensmittelindustrie.

Das Ziel dieser Bachelorarbeit besteht in der numerischen Modellierung und Optimierung der abgebildeten Hornantenne für den Frequenzbereich von 20-24GHz. Die gerichtete Abstrahlcharakteristik hat eine Hauptkeulenbreite aufzuweisen, welche den Öffnungswinkel von 12° nicht überschreiten soll. Die besondere Herausforderung dieser Problemstellung liegt in der an der Grenzschicht zwischen dem Dielektrikum und der Luft auftretenden Wellenreflexion, welche nun mit Hilfe einer Diskontinuität (ggf. auch mehrerer Diskontinuitäten) im Antennenkonus (siehe Abmessungen L1 und L2) eingangsseitig wegkompensiert werden soll. Für die Bearbeitung des geschilderten breitbandigen Anpassproblems eignet sich das im Fachgebiet ATE entwickelte elektromagnetische Simulationsprogramm openEMS (www.openems.de) besonders gut, da dieser FDTD-Feldsimulator numerisch sehr leistungsfähig ist und zylindrische Gitter unterstützt. Die Bachelorarbeit wird in enger Zusammenarbeit mit der Firma Krohne Messtechnik GmbH (www.krohne.de) durchgeführt.


Voraussetzungen: Freude an der Modellierung elektromagnetischer Felder; Kenntnisse von MATLAB erwünscht.
Charakter der Arbeit: 30% Theorie / 70% Simulation.
Wir bieten: Industrienahe Bachelorarbeit in einer interessanten Forschungsumgebung.
Kontakt: Prof. Daniel Erni: daniel.erni@uni-due.de
Dipl.-Ing. Thorsten Liebig: thorsten.liebig@uni-due.de




Bachelorarbeit: "Analyzing simple antenna structures for the emission of electromagnetic bullets" icon

Electromagnetic "bullets" respective "missiles" are known as a peculiar pulse solutions to the Maxwell’s equations where the energy is localized in space and time during propagation along a finite distance that may significantly extend into the far-field. As a consequence the involved radiation field amplitudes are decaying less rapidly than the well-known 1/r behavior even for distances far beyond the Rayleigh distance. Such solitary pulses may become advantageous if we think of e.g. high-speed indoor wireless data communication, where the low power level at the receiver location is usually one of the major limitations in such communication channels. In order to outsmart the 1/r field decay tailored radiation sources – i.e. antennas – are needed, which support a specific protocol with respect to spatial and temporal aspects of e.g. the underlying surface currents.

The goal of this bachelor thesis is to investigate a simple dipole antenna where few current sources are accordingly distributed along the antenna arms, and each of these sources is controlled by e.g. a similar temporal pulse profile but having an individual time delay. Hence, profiles, time delays and source positions are subject to optimization in order to achieve the desired bullet emission.
The investigations are carried out numerically using our easy-to-use computational electromagnetics simulation platform openEMS (www.openems.de). The described bachelor thesis will be part of our own research in the laboratory and therefore carefully supervised and largely supported.


Pre-requisite: experienced in MATLAB, interested in "crazy" electromagnetics.
Character of work: 10% theory, 20% programming, 70% numerical investigations.
We offer: advanced research topic, stimulating work environment.
Contact: Prof. Daniel Erni: daniel.erni@uni-due.de
Dipl.-Ing. Thorsten Liebig: thorsten.liebig@uni-due.de




Bachelorarbeit: "Skalierungsverhalten von elektrischen Signaturen im Kontext maßstabsgetreuer Schiffsmodelle" icon

U-Boote sind in erster Linie dazu konzipiert unauffällig und unbemerkt in gefährlichen Gebieten operieren zu können. Aus diesem Grund wird ein immenser Aufwand betrieben um die U-Boote in jeglicher Hinsicht "unsichtbar" zu machen, was unter Anderem die Minimierung von Lärmquellen an Bord (Akustische Signatur), Magnetfeldern (Magnetische Signatur) und elektrischen Feldern (UEP Signatur) beinhaltet. Die UEP Signatur hat ihre Ursache darin, dass U-Boote hauptsächlich aus Metall bestehen und daher prinzipiell anfällig für Korrosion sind. Durch den Kontakt mit dem sie umgebenden Wasser treten elektrochemische Reaktionen auf, welche zu einem Stromfluss durch das Wasser führen und eine chemische Umwandlung und Auflösung der Metallteile zur Folge haben können. Um dieses zu verhindern, wird neben schützenden Anstrichen, Beschichtungen und Ummantelungen oft auch ein sog. "Elektrischer Korrosionsschutz" (EKS) verwendet. All diese Faktoren haben Einfluss auf den Stromfluss im Wasser und die damit verbundene UEP Signatur. Um die Signaturen realer U-Boote zu untersuchen, werden bei der deutschen Marine maßstabsgetreue Modelle verwendet, die mit relativ geringem Aufwand in einem kleinen Tank vermessen werden können.

Das Ziel der Arbeit besteht in der Simulation von UEP Signaturen für vereinfachte U-Boot-Geometrien (z.B. Hohlzylinder geschützt mit einer galvanischen Anode) und einem anschließenden Vergleich mit den dazugehörigen Signaturen von herunterskalierten, maßstabsgetreuen Modellen der gleichen Geometrien (ebenfalls simuliert). Dabei spielen vor allem die nicht-linearen Phasenübergänge an den Grenzflächen zwischen metallischem Leiter (Schiffshülle) und Ionenleiter/Elektrolyt (Wasser) eine Rolle, da sie bei der Skalierung eventuell eine qualitative Änderung der Feldverteilungen hervorrufen könnten. Als Simulationsplattform wird das FEM-Tool "COMSOL Multiphysics" mit dem "Batteries & Fuel Cells Module" verwendet.

Die Themenstellung bezieht sich auf eine aktuelle Forschungsaktivität in Zusammenarbeit mit der Marine der Bundeswehr und wird daher mit regem Interesse begleitet und unterstützt. Auf eine ordentliche und anschauliche Dokumentation wird besonderen Wert gelegt.


Voraussetzungen: Interesse an elektromagnetischen Feldern.
Charakter der Arbeit: 30% Theorie, 40% COMSOL Simulation, 30% detaillierte Dokumentation.
Wir bieten: Eine interessante, anwendungsorientierte Problemstellung aus der Feldtheorie.
Kontakt: David Schäfer: david.schaefer@uni-due.de
Prof. Daniel Erni: daniel.erni@uni-due.de




Master- oder Diplomarbeit: "Elektromagnetische Modellierung poröser dielektrischer Materialien" icon

Bei der Entwicklung kapazitiver Sensorik für den KFZ-Innenraum ist deren Funktion möglichst exakt durch ein numerisches Modell zu beschreiben. In einer speziellen Anwendung werden niederfrequente elektrische Sensoren im Fahrzeugsitz verbaut (siehe Abbildung), wobei das typische dielektrische Füllmaterial aus geschichteten Schaumstofflagen besteht. Um die Funktionalität dieser neuartigen Sensortechnik für alle denkbaren Betriebszustände garantieren zu können, müssen die dielektrischen Eigenschaften der geschichteten porösen Sitzmaterialien (inklusive der Sitzbezüge) bestimmt und in ein entsprechendes Simulationsmodell integriert werden. Insbesondere sind Umwelteinflüsse wie Feuchtigkeit und mechanische Belastung zu berücksichtigen.

Das Ziel dieser Masterarbeit besteht in der numerischen Modellierung von geschichteten, porösen, Schaumstofflagen unter Verwendung eines bestehenden elektromagnetischen Simulationsprogramms. Die Beschreibung der hierbei verwendeten Schaumstoffe erfolgt im Sinne eines anisotropen und frequenzabhängigen effektiven Materialmodells für ε*(ω), welches hinsichtlich der betrachteten Umwelteinflüsse parametrierbar sein soll. Die Arbeit wird vorwiegend bei der Firma IEE S.A. in Luxemburg (www.iee.lu) durchgeführt, wo auch die entsprechende Messtechnik für die Validierung der Simulationsergebnisse zur Verfügung steht.


Voraussetzungen: Freude an der Modellierung elektromagnetischer Felder; Kenntnisse von MATLAB, C++ sowie Englischkenntnisse erwünscht (guter Kommunikator).
Charakter der Arbeit: 30% Theorie, 60% Simulationen, 10% Programmieren.
Wir bieten: Industrienahe (entlöhnte) Masterarbeit bei der Firma IEE S.A. in Contern, Luxemburg, dem innovativen Marktführer im Bereich Automotive Safety.
Kontakt: Prof. Daniel Erni: daniel.erni@uni-due.de




Master- oder Diplomarbeit: "SAR-Abschätzung unter Verwendung einer schnellen Wasser/Fett-MRT-Bildgebung" icon

Die Bildgebung bei der Magnetresonanztomographie (MRT) beruht auf der Anregung und nachträglichen Detektion von elektromagnetischen Hochfrequenzsignalen, welche durch die mit der Larmorfrequenz präzedierenden magnetischen Dipolmomente der Wasserstoffkerne (Magnetresonanz)des Gewebes in Abhängigkeit eines konstant angelegten, starken Magnetfeldes hervorgerufen werden.
Bei der derzeit in Entwicklung befindlichen nächsten Generation von MRT-Geräten mit einer B0-Feldstärke von 7T werden derzeit völlig neue Anregungs- und Antennenkonzepte entworfen. Gleichzeitig spielt die Patientensicherheit (d.h. der elektromagnetische Immissionsschutz) eine immer wichtigere Rolle bei den immer höheren Flussdichten.
Ziel dieser Arbeit soll es sein, eine Matlab-Toolbox zu entwickeln, die anhand schneller realer Fett und Wasser gewichteter MRT-Daten ein einfaches 3D-Körpermodel des Patienten erstellt. Dieses soll dann in dem freien EC-FDTD Simulator "openEMS" eingesetzt werden, um eine schnelle SAR-Abschätzung durchzuführen (SAR steht für die spezifische Absorptionsrate im Gewebe). Mit den so gewonnenen Informationen kann dann eine optimale Anregungskonfiguration für die neuartigen Antennenkonzepte bestimmt werden, die eine möglichst optimale Bildgebung ermöglicht und gleichzeitig die Einhaltung der gesetzlich vorgegebenen SAR-Grenzwerte garantiert.


Voraussetzungen: Interesse an elektromagnetischen Feldern, Kenntnisse von MATLAB.
Charakter der Arbeit: 30% Theorie, 30% MATLAB, 20% numerische Simulationen, 20% Dokumentation.
Wir bieten: Eine interessante, anwendungsorientierte Problemstellung aus der aktuellen Medizintechnik.
Kontakt: Dipl.-Ing. Thorsten Liebig: thorsten.liebig@uni-due.de
Prof. Daniel Erni: daniel.erni@uni-due.de




Master- oder Diplomarbeit: "Schaltwandler für die AM-Ansteuerung eines HF-Leistungsverstärkers" icon

In der modernen Kommunikationstechnik werden digitale Modulationsverfahren (z.B. OFDM, WCDMA in Verbindung mit QAM oder PSK) verwendet, um die vorhandene Bandbreite möglichst effizient zur schnellen Übertragung von Daten zu verwenden. Diese Modulationsverfahren beinhalten sowohl die Modulation der Amplitude (AM) als auch der Phase (PM) des hochfrequenten Trägers. Der Crestfaktor dieser Signale ist in der Regel hoch (z.B. bei 3GPP UMTS 4.5 dB auf der Seite des Mobilfunkteilnehmers, bei WiMAX oder LTE aufgrund der Verwendung von OFDM noch höher). Um diese Signale linear zu verstärken und somit den Fehlervektor EVM (Error Vector Magnitude) und die Störung der Nachbarkanäle (ACPR = adjacent channel power ratio) niedrig zu halten, werden in der Regel Sendeverstärker im A oder AB Betrieb verwendet. Außerdem werden diese Verstärker hinreichend weit unter der Kompression betrieben. Im Gegenzug bedeutet dies, dass der Wirkungsgrad eines solchen Verstärkers niedrig ist (typischerweise < 35 % bei 3GPP UMTS im Mobilteil).

Um den Wirkungsgrad des HF-Verstärkers zu erhöhen, kann man die Modulation in ihren Phasen- und Amplitudenanteil aufteilen. Als HF-Eingangssignal stellt man dem HF-Sendeverstärker ein lediglich phasenmoduliertes Signal zur Verfügung. Mit dem AM-Anteil moduliert man die instantane Versorgungsspannung Vcc des Verstärkers. Der Verstärker selbst arbeitet in diesem Fall im E oder F-Betrieb: die momentane HF-Amplitude des Signals ist gleich der momentanen AM. Dies erhöht den Wirkungsgrad des Sendeverstärkers deutlich. Die Herausforderung bei diesem Verfahren liegt in der Realisierung eines Schaltwandlers, der aus dem AM-Eingangssignal die momentane Vcc für den Sendeverstärker liefert. Dieser Schaltwandler muss ebenfalls über eine hohe Effizienz (> 80 %) verfügen. Außerdem müssen die diskreten und rauschartigen Störsignale des Schaltwandlers unterhalb der durch die ACPR-Anforderungen gesetzten Grenzen liegen. Dazu bieten sich mehrere Verfahren zur Ansteuerung des Reglers (PWM, Sigma-Delta) an.

Ziel dieser Arbeit ist der Aufbau eines geeigneten Schaltwandlers zur Übertragung eines geeigneten Testsignals. Die Arbeit beinhaltet die konzeptionelle Untersuchung verschiedener Ansteuerungen des Schaltwandlers, die Auswahl geeigneter Komponenten, den Aufbau des Wandlers und dessen experimentelle Charakterisierung an einer Dummylast. Der Betrieb an einem realen Sendeverstärker ist als Abschluss ebenfalls geplant. Grenzen und Möglichkeiten des Aufbaus sollen aufgezeigt werden.

Die Diplomarbeit wird im An-Institut IMST GmbH durchgeführt.


Kontakt: hildenhagen@imst.de
Betreuer: Prof. Peter Waldow: waldow@imst.de
Prof. Daniel Erni: daniel.erni@uni-due.de




Master- oder Diplomarbeit: "Elektromagnetische FEM Analyse eines schnellen wirbelstromgetriebenen Gasventils für den Fusionsreaktor ITER" icon

Am Forschungszentrum Jülich wurde ein Konzept für ein schnelles Ventil zur Injektion großer Gasmengen entwickelt. Dieses kommt an Experimenten zur kontrollierten Kernfusion zum Einsatz, um dort Belastungen während kritischer Betriebszustände abzuschwächen. Der Ventilantrieb basiert auf dem Wirbelstromprinzip und ermöglicht Öffnungszeiten im Millisekundenbereich. Eine besondere Herausforderung ist, dass das Ventil im Bereich hoher Magnetfelder von mehreren Tesla sicher funktionieren muss.
In dieser Arbeit soll ein zylindersymmetrisches Finite-Elemente-Modell dieses Ventils aufgesetzt werden. Mit Hilfe dieses Modells werden dann elektromagnetische Berechnungen durchgeführt; zum einen bezüglich der Optimierung des Wirbelstromantriebs und zum anderen, um die Auswirkungen des hohen Magnetfeldes in der Umgebung des Fusionsexperiments auf die Ventileigenschaften zu studieren. Dies beinhaltet die Berechnung der Ströme in der Antriebsspule inklusive des gesamten Stromkreises sowie die induzierten Ströme im Ventilstößel, die Berechnung der Stößelbewegung sowie die Berechnung der entstehenden Kräfte auch in Bezug auf die Materialgrenzen. Die Ergebnisse dieser Arbeit fließen unmittelbar in die Entwicklung eines Prototyps dieses Ventils für den derzeit im Bau befindlichen weltweit ersten (und größten) Fusionsreaktor ITER in Cadarache, Frankreich, ein. Die Arbeit wird vorwiegend am Forschungszentrum Jülich (Institut für Energieforschung – Plasmaphysik) durchgeführt.


Voraussetzungen: Freude an den magnetischen Feldern und der Energietechnik; Kenntnisse von ANSYS und MATLAB erwünscht;
gute/r Kommunikator/in.
Charakter der Arbeit: 20% Theorie, 60% Simulation, 20% Programmieren.
Wir bieten: Eine anwendungsnahe Forschungsumgebung am Forschungszentrum Jülich und im Fachgebiet für Allgemeine und Theoretische Elektrotechnik (ATE).
Kontakt: Prof. Daniel Erni: daniel.erni@uni-due.de
Dr. Olaf Neubauer: o.neubauer@fz-juelich.de




Bachelor-, Master- oder Diplomarbeit: "Modellierung elektrochemischer Vorgänge bei der Simulation stationärer Strömungsfeldprobleme" icon

Schiffe bestehen heutzutage überwiegend aus Metall und sind daher anfällig für Korrosion. Durch den Kontakt mit dem sie umgebenden Wasser treten elektrochemische Reaktionen auf, welche zu einem Stromfluss durch das Wasser führen und eine chemische Umwandlung und Auflösung der Metallteile zur Folge haben können. Um dieses zu verhindern, wird neben schützenden Anstrichen, Beschichtungen und Ummantelungen oft auch ein sog. "Elektrischer Korrosionsschutz" (EKS) verwendet. Dabei macht man sich zu Nutze, dass sich nur diejenigen Metallteile auflösen, an denen anodische Teilreaktionen ablaufen – die also positive Ladungen an das Wasser (Elektrolyt) abgeben. Indem gesonderte passive oder aktive Anoden am Schiffsrumpf angebracht werden, können alle restlichen Metallteile künstlich zu Kathoden gemacht und auf diese Weise vor Korrosion geschützt werden.

Das Ziel der Arbeit besteht in der Untersuchung und möglichst einfachen Modellierung der zuvor beschriebenen elektrochemischen Vorgänge im Kontext des EKS, um sie bei der numerischen Simulation des stationären Strömungsfeldes im Wasser berücksichtigen zu können. Eine wichtige Rolle spielen in diesem Zusammenhang die sog. "Polarisationsspannungen", die an der Grenzfläche zwischen Metall und Elektrolyt auftreten und die in einem nichtlinearen Zusammenhang zur Stromdichte an der Metalloberfläche stehen.
Mit Hilfe von MATLAB soll das nichtlineare Verhalten der Polarisationsspannungen anhand von Polarisationskennlinien mit einfachen analytischen Strömungsfeldberechnungen kombiniert werden. In einem zweiten Schritt sollen entsprechend angepasste numerische Simulationen mit COMSOL (FEM) und/oder einem angepassten statischen Solver (FDM) durchgeführt werden. Der Umfang des zweiten Aufgabenteils richtet sich nach der Art der Abschlussarbeit (Bachelor-/Master-/Diplomarbeit). Die Themenstellung bezieht sich auf eine aktuelle Forschungsaktivität in Zusammenarbeit mit der Marine der Bundeswehr und wird daher mit regem Interesse begleitet und unterstützt.


Voraussetzungen: Kenntnisse von MATLAB, Interesse an Computerorientierter Feldtheorie.
Charakter der Arbeit: 20% Theorie, 40% Programmieren, 40% numerisches Experimentieren.
Wir bieten: Eine interessante Problemstellung aus der "Elektrochemie" und der "Computerorientierten Feldtheorie".
Kontakt: Prof. Daniel Erni: daniel.erni@uni-due.de
David Schäfer: david.schaefer@uni-due.de




Masterarbeit: "Optical Inductors" icon

Metalle wie Gold oder Silber zeigen bei optischen Frequenzen ein stark dispersives Verhalten, was bei entsprechenden Nanostrukturen zu interessanten Resonanzen führen kann, die ohne das Vorhandensein von Metallen gar nicht möglich wären. Dies beschreibt – etwas salopp ausgedrückt – die Perspektiven, welche sich der metall-basierten Optik, bzw. der Plasmonik eröffnen. Letztere wird gerade im Zusammenhang mit der Nanophotonik gegenwärtig intensiv untersucht, da plasmonische Nanostrukturen gute Kandidaten für die dicht integrierte Optik darstellen. In einer kürzlich erschienen Publikation konnte sogar eine direkte Verbindung von solchen optischen Nanostrukturen zur elektrischen Schaltungstechnik gezogen werden, indem man einzelnen Elementen der Nanostruktur (z.B. Nanopartikel) elektrische Eigenschaften wie die einer Induktivität oder einer Kapazität zuordnen konnte.

Das Ziel der Masterarbeit besteht in der Untersuchung von metallischen Nanostrukturen hinsichtlich Ihrer Eignung als optische Induktivität. Ein wesentlicher Bestandteil der Arbeit besteht in der Entwicklung eines numerisch eindeutigen Verfahrens zur Bestimmung der Induktivität bei gegebenen Stromdichteverteilungen bzw. auftretenden Verschiebungsstromdichten. Weitere Arbeitsschritte beinhalten die Suche nach ggf. besseren Strukturen und die Realisierung von eindimensionalen optischen Metamaterialien durch entsprechende periodische Fortsetzung der gefundenen optischen Induktivitäten. Die hierbei auftretende magnetische Verkopplung ermöglicht die Ausbreitung sogenannter magneto-induktiver Wellen entlang der Struktur. Die Untersuchungen erfolgen unter Anwendung der numerischen Feldberechnungsplattform COMSOL.
Die Themenstellung bezieht sich auf ein aktuelles Forschungsthema des Fachgebiets ATE und wird daher mit regem Interesse begleitet und aktiv unterstützt.


Voraussetzungen: Kenntnisse von MATLAB, Interesse an der Nanooptik/Nanophotonik.
Charakter der Arbeit: 30% Theorie, 20% Programmieren, 50% (numerisches) Experimentieren.
Wir bieten: Eine interessante Problemstellung aus den Nanowissenschaften.
Kontakt: Prof. Daniel Erni: daniel.erni@uni-due.de
Dipl.-Ing. Thorsten Liebig: thorsten.liebig@uni-due.de




Diplomarbeit / Masterarbeit: "Dynamische Charakterisierung von Stahlschmelzen bei der Umlaufentgasung durch elektromagnetische Messverfahren" icon

Das Umlaufentgasungsverfahren gehört zur Nachverarbeitung von Stahl (secondary metallurgy) und kommt bei der Herstellung hochwertiger Edelstähle zum Einsatz. Bei der Entgasung wird an der Stahlschmelze ein Vakuum angelegt, um die Ausgasungsreaktionen innerhalb der Schmelze zu befördern. Die mechanische Durchmischung des leichtflüssigen Stahls erfolgt wiederum durch Zugabe von Argon. Die Reaktionen bei der Umlaufentgasung haben eine sehr ausgeprägte zeitliche Signatur, wobei viel Aktivität in der Anfangsphase auftritt, gefolgt von einem rasch abklingenden Verlauf innerhalb von rund 20 Minuten. Um kürzere Prozesszeiten (z.B. 10 Minuten) erzielen zu können, ist eine möglichst genaue Messung der Aktivität an der Oberfläche der Stahlschmelze erforderlich. Dies ist leichter gesagt als getan, zumal die Prozesstemperatur bei rund 1500°C liegt und potentielle Öffnungen, welche eine Beobachtung der Stahlschmelze zulassen würden, innerhalb kürzester Zeit durch die aufspritzende Schmelze "verkleben" können.

Das Ziel der Master-/Diplomarbeit besteht daher in der Untersuchung von elektromagnetischen – bisweilen auch indirekten – Messverfahren, beruhend auf induktiven oder kapazitiven Ansätzen. Hierbei kommen sowohl numerische Verfahren als auch Modellmessungen zum Einsatz. Die Themenstellung bezieht sich auf eine aktuelle Zusammenarbeit des Fachgebiets ATE mit einem nahegelegenen Industriepartner und wird daher mit regem Interesse begleitet und aktiv unterstützt.


Voraussetzungen: Kenntnisse von MATLAB, Interesse an der angewandten Forschung,
Charakter der Arbeit: 10% Theorie, 30% Programmieren, 60% (numerisches) Experimentieren,
Wir bieten: Eine interessante industrielle Problemstellung.
Kontakt: Prof. Daniel Erni: daniel.erni@uni-due.de




Diplomarbeit / Masterarbeit: "Die Modellierung der elektrischen Eigenschaften von Nanokompositen mittels Random Resistor Networks " icon

Polykristallinen Materialien oder aus Nanopartikeln zusammengesetzte Nanokomposite können sehr vielversprechende Materialeigenschaften aufweisen, welche sich zudem ingenieurtechnisch mit der entsprechenden Prozesstechnologie direkt beeinflussen lassen. In dieser Abschlussarbeit soll der aus einem Nanokomposit bestehende Leiter möglichst einfach und intuitiv modelliert werden: Das Leitermaterial besteht aus schichtförmigen Ansammlungen von metallisch leitenden "Nanokügelchen", welche sich teilweise berühren, wodurch – makroskopisch betrachtet – überhaupt eine elektrische Stromleitung zustande kommt. Eine solche Anordnung leitender "Nano-kügelchen" lässt sich nun auf sehr einfache Weise als Zufalls-Widerstands-Netzwerk (random resistor network) darstellen und elektrisch bezüglich der Gesamtimpedanz auswerten wobei hier das Augenmerk vor allem auf dem Frequenzverhalten der elektrischen Größen liegt. Für die Berechnung derart großer elektrischer Netzwerken (Knotenanzahl: 102 – 106) kommen äußerst simple (!) und daher extrem effiziente Knoteneliminations-Algorithmen wie z.B. das Frank-Lobb-Verfahren oder im dreidimensionalen Fall auch rekursive Transfer-Matrix-Verfahren zum Einsatz.

Das Ziel der Master-/Diplomarbeit besteht in der Analyse der Gesamtimpedanz, welche bei beiden der angegebenen Verfahren zeitgleich mit der (zufallsgesteuerten) Erzeugung des elektrischen Netzwerks erfolgen kann. Der Zufallsprozess soll hierbei so gestaltet werden, dass sich die Aggregate der «Nanokügelchen» und die der Netzwerkwiderstände möglichst ähnlich sehen. Die Ergebnisse können ggf. an vorhandenen Messdaten überprüft werden. Die Themenstellung bezieht sich auf eine aktuelle Forschungsaktivität in beiden Fachbebieten ATE und NST und wird daher mit regem Interesse begleitet und aktiv unterstützt.


Voraussetzungen: Kenntnisse von MATLAB, Interesse an der Nano-Forschung,
Charakter der Arbeit: 10% Theorie, 30% Programmieren, 60% numerisches Experimentieren,
Wir bieten: Eine interessante Forschungsumgebung in der ATE mit der Möglichkeit einer übergreifenden Zusammenarbeit mit dem Fachgebiet NST.
Kontakt: Prof. Daniel Erni: daniel.erni@uni-due.de




Masterarbeit: "Intelligente Hochgeschwindigkeits-Zellsortierung in elektronisch getakteten Mikrofluidik-Chips" icon

Elektronische Zellsortierungen von biologischen Proben sind weit verbreitet in der biomedizinischen- und klinischen Forschung und könnten in der Zukunft durch "Therapeutisches Sortieren" eine neue Bedeutung bei der Behandlung von Patienten durch Anreicherung von bestimmten Zellpopulationen, deren Vorläufer- und Stammzellen gewinnen. Dabei stößt das vor 40 Jahren eingeführte tropfenbasierte "Jet-In-Air" Verfahren aus biologischen, physikalischen und sicherheitstechnischen Gründen u.a. deshalb an seine Grenzen, weil bei diesen tropfenbasierten Sortierverfahren die maximale Sortierrate bei ca. 100 000 Zellen/s liegt. Für eine wachsende Zahl von Anwendungen, z.B. die Erstellung von Genexpressionsprofilen mittels BioChip-Technologie, wird jedoch eine deutliche Steigerung der Sortierrate (> 500 000 Zellen/s) und höhere Zellausbeute innerhalb eines Zeitraums von etwa 1 Stunde benötigt, was mit dem bisherigen Zellsortier-Verfahren nicht erreicht werden kann.
Einen möglichen Ausweg bietet die hoch-parallelisierte Verarbeitung von Probeflüssigkeiten in Mikrofluidik-Chips. Mit Hilfe der sog. Elektrowetting-Technik können "Kolonnen" von zellenhaltigen Flüssigkeitströpfchen im elektronisch induzierten Gleichtakt durch komplexe Mikrokanalsysteme bewegt werden (digital microfluidics). Das Ziel der Diplom- bzw. Masterarbeit besteht somit in der Entwicklung eines einfachen, hocheffizienten, parallelisierbaren Sortieralgorithmus, welcher in der Lage ist, markierte Einzelzellen aus der Tröpfchenkolonne mittels einer minimalen Anzahl von Prozess-Schritten auszusondern. Der Tröpfchenstrom könnte z.B. als Symbolrate abstrahiert werden, wodurch sich die zu untersuchenden Flüsse relativ einfach mit Hilfe der Simulationsplattform MATLAB im Lichte eines anschaulichen Logistikproblems modellieren lassen. Die Themenstellung bezieht sich auf aktuelle Forschungsaktivitäten des Instituts für Zellbiologie (Tumorforschung) am Universitätsklinikum Essen, des Fraunhofer Instituts IMS, den beiden Fachgebieten für Mikroelektronische Systeme und Allgemeine und Theoretische Elektrotechnik und wird daher mit regem Interesse begleitet und sehr aktiv unterstützt.


Voraussetzungen: Interesse an wissenschaftlichen Problemstellungen aus dem Bereich der Medizintechnik und der Logistik.
Charakter der Arbeit: 30% Literaturstudium / 70% Simulation.
Wir bieten: Eine interessante Forschungsumgebung an den Fachgebieten Allgemeine und Theoretische Elektrotechnik (ATE), dem Fraunhofer Institut IMS und dem Fachgebiet Mikroelektronische Systeme.
Kontakt: Prof. Daniel Erni: daniel.erni@uni-due.de
Prof. Bedrich Hosticha: bedrich.hosticka@ims.fraunhofer.de




Masterarbeit: "Der 'ultimative' optische Resonator" icon

Optische Resonatoren gehören mit zu den am universellsten einsetzbaren Bauelementen der funktionalen integrierten Optik. Solche Resonatoren können z.B. aus einer kleinen dielektrischen "Pille" bestehen mit Abmessungen im Mikrometerbereich und dienen der Realisierung z.B. von voll-optischen Schaltern (Licht schaltet Licht), von schmalbandigen Filtern, optischen Sensoren, optischen "Verzögerungsleitungen", von Lichtverstärkern und der Strukturierung von Leistungsflüssen innerhalb sehr kleiner Längenskalen. Trotz der Tatsache, dass optische Resonatoren eigentlich bestens erforscht sind, gibt es immer noch offene Fragestellungen, die sich bisher einer überzeugenden Antwort widersetzt haben. Oder konkret gefragt: Welche maximale Resonatorgüte Q lässt sich in einer Resonatorpille bei einem vorgegebenem Volumen V überhaupt erzielen?
Das Ziel der Diplom- bzw. Masterarbeit besteht somit in der Suche nach einer optimalen Gestalt der Resonatorpille. Aufbauend auf den überraschenden Ergebnissen einer Vorstudie soll nun mit Hilfe eines globalen numerischen Suchverfahrens, welches mit dem Finite-Elemente-basierten Feldberechnungsprogramm COMSOL "verheiratet" wird, die optimale Form des Resonators gefunden werden. Da diese Themenstellung auch Teil eines laufenden Forschungsvorghabens ist, wird die Arbeit mit regem Interesse begleitet und auch sehr aktiv betreut.


Voraussetzungen: Wissenschaftliche Neugier, Freude an der Grundlagenforschung.
Charakter der Arbeit: 20% Literaturstudium / 80% Simulation.
Wir bieten: Mitarbeit in einem motivierten Forschungsteam am Fachgebiet Allgemeine und Theoretische Elektrotechnik (ATE).
Kontakt: Prof. Daniel Erni: daniel.erni@uni-due.de
Dipl.-Ing. Thorsten Liebig: thorsten.liebig@uni-due.de




Masterarbeit: "Optisch induzierte Kräfte in nanophotonischen Bauelementen"

Der Entwurf von nanophotonischen Strukturen wie z.B. ultra-kompakte Resonatoren bedeutet jeweils auch die Optik an ihren physikalischen Grenze betreiben zu wollen. Im Innern solcher Resonatoren kann z.B. eine sehr starke Konzentration des Lichtfeldes, bzw. der Feldenergie auftreten, was wiederum mit der Ausbildung von mechanischen Kräften im Resonator einhergeht. Im Rahmen dieser Diplomarbeit sollen diese, durch das optische Feld induzierten mechanischen Spannungen in einer planaren Mikrokavität mit Hilfe der Finiten-Elemente-Methode (FEM) numerisch untersucht werden. Hierzu steht die Multiphysik-Simulationsplattform FEMLAB von COMSOL zur Verfügung. Die Diplomarbeit gliedert sich in eine laufenden ATE-Forschungsaktivität auf dem Gebiet der Nanophotonik ein; die Publikation der Resultate in einer wissenschaftlichen Zeitschrift wird daher aktiv gefördert.

Voraussetzungen: Freude an den elektromagnetischen Feldern, Kenntnisse von MATLAB erwünscht, Freude an der Lösung wissenschaftlicher Problemstellungen.
Charakter der Arbeit: 20% Literaturstudium / 30% Theorie / 50% Simulation.
Wir bieten: Kleines, aktives Forschungsteam als Gesprächspartner, Einblicke in die modernen Problemstellungen der Photonik, Anleitung zum wissenschaftlichen Arbeiten.
Kontakt: Prof. Daniel Erni: daniel.erni@uni-due.de




Masterarbeit: "Breitband-Entwurf von kabelbasierten Leckwellenantennen"

Die Versorgung von Eisenbahn- und Automobil-Tunnels mit verschiedenen Funkdienstleistungen stellt gerade bei den im Bau befindlichen, langen Basistunnels in der Schweiz (Lötschberg: 38km, Gotthard: 58km) eine große Herausforderung dar. Technisch gesehen definiert der Tunnel nichts anderes als ein sehr speziell geartetes Indoor-Szenario in welchem die Signale über ein strahlendes Koaxialkabel eingebracht werden. Solche perforierten Kabel lassen sich aus physikalischen Gründen lediglich in zwei voneinander abgesetzten Frequenzbändern betreiben. In dieser Diplomarbeit soll daher eine kabelbasierte Leckwellenantenne entworfen werden, welche den Betrieb in einem möglichst zusammenhängenden Frequenzband erlaubt. Beim Entwurf kommen zudem numerische Optimierungsverfahren zur Anwendung, die mit einem bestehenden Feldsimulator zu "verheiraten" sind. Da ein erfolgreiches Design von großer technischer Relevanz ist, wird die Publikation in einer technischen Fachzeitschrift stark unterstützt.

Voraussetzungen: Freude an den elektromagnetischen Feldern, Kenntnisse von MATLAB erwünscht, gute/r Kommunikator/in (ggf. auch in Englisch).
Charakter der Arbeit: 30% Theorie / 50% Simulation / 20% Industriekontakt.
Wir bieten: Eine anwendungsnahe Projektzusammenarbeit mit einem großen Kabelhersteller.
Kontakt: Prof. Daniel Erni: daniel.erni@uni-due.de



Master Thesis: "Design of a chopper amplifier" icon


High precision operational amplifiers are often required in measurement applications. The limiting factor of such an amplifier is the offset voltage caused by device mismatch. The Chopper Amplifier approach is an advanced technique to cancel this offset without any manually trimming. The topology contains a modulator at the input to create an AC signal that can be amplified with an AC amplifier and a demodulator that converts the AC signal back to DC. Finally a low pass filter is required to attenuate the spikes generated by the modulator and demodulator.

Prerequisites: Interest in analog circuit design.
Type of work: Research, design and development.
Work environment: The IMST (Instituts für Mobil- und Satellitenfunktechnik, Kamp-Lintfort) is a research center active in the field of RF circuits, radio modules and communication systems. The IMST is headed by Prof. Ingo Wolff and Prof. Peter Waldow housing a R&D staff of around 150 employees.
Contact: Prof. Peter Waldow: waldow@imst.de



Master Thesis: "Injection-locked frequency divider" icon

One of the most important aspects in integrated circuit designs is power consumption. In order to reduce the power consumption of the divider part in a PLL, the use of an injection locked frequency divider looks promising. After a review of the underlying principles a divider circuit has to be designed suitable for an implementation in a pure CMOS technology.

Prerequisites: Interest in CMOS and circuit design.
Type of work: Research, design and development.
Work environment: The IMST (Instituts für Mobil- und Satellitenfunktechnik, Kamp-Lintfort) is a research center active in the field of RF circuits, radio modules and communication systems. The IMST is headed by Prof. Ingo Wolff and Prof. Peter Waldow housing a R&D staff of around 150 employees.
Contact: Prof. Peter Waldow: waldow@imst.de



Master Thesis: "Design of a high performance DAC in a CMOS technology" icon


High-speed and high-resolution digital-to-analog converter (DAC), which enables digital and analog blocks to be integrated on a single chip are a contemporary demand. There is a wide range of possible applications like audio converters in CD players or the interface in communication systems together with a line driver, etc. In a previous work a 12 bit DAC with an update rate of around 40 MHz was developed on an advanced BiCMOS process. On one chip multiple high speed LVDS input latches with several FIFOs, multiple DACs and line drivers were combined with a complex data alignment circuit and automatic gain and offset calibration algorithm. The objective for this thesis is to implement a single DAC circuit from the existing complex system on a new silicon process. Performance measures such as linearity (INL and DNL), settling time, etc. need to be optimized in order to fulfill the requirements on the new process. Optional the work can be extended to develop an evaluation board together with an evaluation plan that contains proper measurement methods to verify the DAC IP Cell.

Prerequisites: Interest in CMOS and circuit design.
Type of work: Research, design and development.
Work environment: The IMST (Instituts für Mobil- und Satellitenfunktechnik, Kamp-Lintfort) is a research center active in the field of RF circuits, radio modules and communication systems. The IMST is headed by Prof. Ingo Wolff and Prof. Peter Waldow housing a R&D staff of around 150 employees.
Contact: Prof. Peter Waldow: waldow@imst.de



Bachlelor Thesis: "Comparison of GoldenGate and Spectre simulations" icon


Wireless communications have emerged as one of the fastest growing segments of the electronics industry. This growth has put tremendous pressures on RF engineers to push into new process technologies, build to tighter specifications and shorter schedules to meet time-to-market demands. New simulation tools are available to solve this problem by promising faster and more precise simulations. IMST uses e.g. the Spectre RF simulation tool as one simulator for designing analogue integrated circuits. The GoldenGate simulator from Agilent is a new tool. The basic difference to many other simulators is that the algorithm for this tool is based on frequency domain calculations, which has advantages especially for simulations of circuits with several frequency components (like frequency divider, mixer, PLLs etc.).

The work includes:
• Comparison of algorithms efficiency between the simulators
• Comparison of simulation time and performance for different circuit topologies
• Comparison of design environment towards operability
• Conclusion: Which simulation tool is useful for what kind of circuit topology and what are the tradeoffs.
Prerequisites: Interest in analog RF circuit simulation and modeling
Type of work: Research, design and development.
Work environment: The IMST (Instituts für Mobil- und Satellitenfunktechnik, Kamp-Lintfort) is a research center active in the field of RF circuits, radio modules and communication systems. The IMST is headed by Prof. Ingo Wolff and Prof. Peter Waldow housing a R&D staff of around 150 employees.
Contact: Prof. Peter Waldow: waldow@imst.de