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Aktuelle und zukünftige Mobilfunkstandards erfordern Bandbreiten von über 2 GHz sowie die kohärente Verarbeitung mehrerer Transceiverkanäle für Anwendungen auf Basis von Gruppenantennen. Für die Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet potenziell geeignete Hardwareplattform-Typen werden in dieser Arbeit kurz verglichen. Als geeignetster Ansatz für die Realisierung generischer, ultra-breitbandiger, mehrkanaliger und kohärent abtastender Transceiver wird die Xilinx RFSoC Field Programmable Gate Array (FPGA) Plattform im Detail betrachtet. Um Abtastwerte zur Speicherung oder Verarbeitung vom RFSoC an andere Geräte des Messsystems zu übertragen, wird ein universelles, modulares und rekonfigurierbares FPGA-Design für das Streaming mehrerer kohärenter Analog-Digital-Wandler Kanäle über 100 Gbit/s Ethernet entwickelt und implementiert. Dies ermöglicht die Nutzung konventioneller Netzwerk- und Servertechnik anstelle von dedizierter proprietärer Hardware. Die Analog-Digital-Wandler der aktuellen RFSoCs erreichen Abtastraten von bis zu 5 GSa/s und ermöglichen damit eine theoretische, gleichzeitige Signalbandbreite von 2,5 GHz. In dieser Arbeit werden zwei analoge Front-End-Architekturen untersucht, die durch die Kombination zweier Kanäle die zusammenhängende Bandbreite mit flachem Frequenzgang und ohne Aliasing verdoppeln. Die theoretischen Eigenschaften des Inphase Quadratur (I/Q)-Samplings mithilfe eines 90˚-Hybridkopplers und des Interleaved-Samplings über einen Power-Splitter werden analytisch hergeleitet und die Auswirkungen nicht idealer Systemeingenschaften modelliert. Beide Front-End-Architekturen werden aufgebaut und ihre Leistung durch Messungen verifiziert, wobei das implementierte Ethernet basierte Sample-Streaming zum Einsatz kommt. Es wird gezeigt, dass die gewünschte Bandbreitenerweiterung realisiert werden kann. Bereits ohne Kalibrierung werden bis zu 36 dB Image Rejection Rate (IRR) erreicht. Die resultierenden Werte liegen hierbei in der Regel 4 bis 8 dB unterhalb der theoretischen Grenzen.

This paper first presents an analytical model for calculating the shielding effectiveness of static magnetic fields using a rotating double-shell cylindrical shield with electromagnetically thin layers made of non-magnetic conducting material. Then a procedure is given for finding the optimum distance between the shells and their thickness for maximum mass reduction compared to a thick single shield for a given shielding factor.

Position, navigation, and timing information are critical to today’s infrastructures; as a result, the possibility of estimating ranges is being explored in more and more radio systems. One way to achieve this is to extend the modulation with time-synchronised aiding carriers and to estimate their phase at the receiver side. In this paper, we present two ways to minimise the negative influence of the modulation on the phase estimation. We show that the classical maximum likelihood estimator is still an efficient estimator for our problem, using a medium-frequency R-Mode signal as an example, and is therefore used in receiver designs. We then describe two possible ways to precondition the signal to increase the accuracy for short observations. As a first approach, we describe how window functions can positively change the signal-to-noise ratio for our estimation. As a second approach, we show the use of a narrowband bandpass filter. Finally, we show that these approaches, applied to real measurements, improve the variance of the estimate by up to two orders of magnitude.

Umspannwerke sind kritische Komponenten von Stromnetzen auf Übertragungspegel und Verteilungsebene. Die primäre Umspannwerksausrüstung (Leistungstransformatoren und Hochspannungsschaltausrüstung) wird in Übertragungsumspannwerken verwendet, um elektrische Energie zu transportieren und umzuwandeln, indem die Spannung auf ein vordefiniertes Spannungsniveau erhöht oder verringert wird. Sekundärgeräte (z.B. intelligente elektronische Geräte (IEDs)) werden verwendet, um die Primärgeräte sowie den Rest der Unterstation über den IEC 61850-Standard zu verwalten, zu sichern und zu überwachen. Der IEC 61850-Standard, der als einzelnes Protokoll fungiert, das verschiedene für die Unter-station erforderliche Daten modelliert, spielt die wichtigste Rolle, damit IEDs verschiedener Anbieter Daten austauschen und zusammenarbeiten können. Die als Substation Configuration Description File (SCD) bezeichnete Beschreibungsdatei für eine Unterstation ist eine XML-basierte Sprache und gibt die verschiedenen Komponenten einer Unterstation an, wie z.B. die Spannungsebenen, die Feldebenen, die IEDs, die sich innerhalb dieser Feldebenen befinden, und die Netzwerkkonfiguration dieser IEDs; ohne Informationen über die Netzwerktopologie zu erwähnen, da es den Benutzern überlassen bleibt, ihre eigene Topologie basierend auf ihren Bedürfnissen zu entwerfen. Daher wurden in dieser Arbeit verschiedene Netzwerktopologien sowie State-of-the-Art-Protokolle untersucht und implementiert, um sie hinsichtlich definierter Key Performance Indicators (KPIs) zu analysieren und zu vergleichen, wobei Containernet als Emulator-Tool in einer definierten Software verwendet wurde Netzwerke (SDN) Umgebung. Die Anwendungsfälle von Netzwerktopologien, die in dieser Arbeit untersucht werden, sind 1) Sterntopologie 2) Ringtopologie 3) Ringtopologie unter Verwendung des State-of-the-Art Parallel Redundancy Protocol (PRP) 4) Baumtopologie unter Verwendung des Rapid Spanning Tree Protocol (RTSP). Die definierten KPIs sind 1) Zuverlässigkeit 2) Ende-zu-Ende-Verzögerung 3) Redundanz. Es wurde aufgrund seines hohen Einflusses auf das Umspannwerk definiert. Die Zuverlässigkeit verschiedener Topologien wurde analytisch durchgeführt. Die Ende-zu-Ende-Verzögerung wurde für jede Topologie mit Wireshark als Verkehrsbeobachtungstool beobachtet und die Redundanz wurde untersucht und auf der Grundlage der Literatur untersucht. Das Ergebnis dieser Arbeit zeigt, dass die Ringtopologie mit dem PRP-Protokoll die beste Leistung in Bezug auf Verzögerung, Redundanz und Zuverlässigkeit aufweist, gefolgt von der Ringtopologie. Die Sterntopologie übertrifft die Baumtopologie in Bezug auf Zuverlässigkeit und Verzögerung, bleibt jedoch in Bezug auf Redundanz zurück, da der RTSP im Falle eines Verbindungsausfalls einen neuen Pfad erstellt.

A LTCC patch antenna array was designed and fabricated in Low Temperature Co-fired Ceramic (LTCC) multilayer technology using picosecond laser structuring for precise manufacturing of embedded air cavities and feeding structures, which are beneficial for the antenna RF performance. Moreover, free-standing feeding vias in the embedded air cavities were successfully implemented in LTCC technology that enable a very simple and low-loss feed at the antenna ports. The 2x2 dual-polarized patch antenna array with embedded air cavities and transitions was first characterized by reflection measurements. The measured center frequency of the antenna is about 29.5 GHz and a bandwidth of nearly 1 GHz was achieved.