Forschungsbericht 2024

Hochfrequenztechnik E-3

Leitung: Kölpin, Alexander
Oberingenieur: Lurz, Fabian

Institut auf TORE
Institutswebsite

Gemeinsam mit unseren Projektpartnern forschen wir an innovativen Themen wie der berührungslosen Messung von Vitalparametern mittels Radar in medizinischen und veterinärmedizinischen Anwendungen, aber auch in industriellen Einsatzbereichen. Weitere Projekte befassen sich mit Ultra-Low-Power-Kommunikationsnetzwerken, Permittivitätsmessungen sowie Forschung im Bereich des Quantencomputings.

Eine Besonderheit unseres Instituts ist, dass wir sowohl theoretisch als auch experimentell arbeiten. Dabei setzen wir moderne Simulationstechniken, Fertigungsverfahren, Präzisionsmesstechnik sowie Signalverarbeitung und maschinelles Lernen zur Auswertung der Ergebnisse ein. Durch unsere institutseigene Leiterplattenfertigung, Feinmechanikwerkstatt und verschiedene 3D-Drucker können theoretische Konzepte auch zeitnah umgesetzt und anschließend in unserer Antennenmesskammer oder auf der Linear Stage getestet werden.

Sprechen Sie uns gerne persönlich an, um mehr über unsere Arbeit zu erfahren.

Publikationen

• A Time-of-flight and radar dataset of a neonatal thorax simulator with synchronized reference sensor signals for respiratory rate detection - Data Paper
  Gleichauf, Johanna; Herrmann, Sven; Niebler, Christine; Kölpin, Alexander
  Scientific Data 11 (1): 110 (2024-12-01)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• Contactless radar-based heart rate estimation in palliative care – a feasibility study and possible use in symptom management - Journal Article
  Grießhammer, Stefan; Malessa, Anke; Lu, Hui; Yip, Julia Beatriz; Leuschner, Julie; Christgau, Florian; Albrecht, Nils Christian; Oesten, Marie; Tran, Thanh Truc; Richer, Robert; Heckel, Maria; Eskofier, Björn; Kölpin, Alexander; Steigleder, Tobias; Ostgathe, Christoph
  BMC Palliative Care 23 (1): 273 (2024)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• Multilayer substrate integrated waveguide six-port junctions with embedded resistive films - Journal Article
  Tegowski, Bartosz; Kölpin, Alexander
  International Journal of Microwave and Wireless Technologies (in Press): (2024)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• Near-field scattering phenomena in monostatic radar applications derived from physical optics - Journal Article
  Tegowski, Bartosz; Langer, Dominik; Wenzel, Marvin; Albrecht, Nils Christian; Kölpin, Alexander
  IEEE Transactions on Antennas and Propagation 73 (2): 1084-1094 (2025)
  Publisher DOI
  
  
• Machine Learning based data validation for signal integrity and power integrity using supervised time series classification - Journal Article
  Hassab, Youcef; Hillebrecht, Til; Lurz, Fabian; Schuster, Christian
  IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility 66 (6): 2150-2158 (2024)
  Publisher DOI
  
  
• Hexagonal ferrites for self-biasing circulators integrated in LTCC microwave modules - Journal Article
  Heidenreich, Manuel; Schur, Johannes; Müller, Jens; Gitzel, Wanja Mario; Jacob, Arne; Töpfer, Jörg
  Materials Research Bulletin 178: 112878 (2024)
  Publisher DOI
  
  
• Antenna Model and Simulation Platform for Angle Estimation with a SISO Radar System - Conference Paper
  Gabsteiger, Jasmin; Kurin, Thomas; Dorn, Christian; Kölpin, Alexander; Lurz, Fabian
  21st European Radar Conference, EuRAD 2024
  Publisher DOI
  
  
• Non-contact in-car monitoring of heart rate: evaluating the eulerian video magnification algorithm in a driving simulator study - Conference Paper
  Renner, Philipp; Gleichauf, Johanna; Winkelmann, Sven
  Mensch und Computer, MuC 2024
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• CW Radar-based Non-Contact Respiration Monitoring using Complex-Valued Neural Networks - Conference Paper
  Lu, Hui; Ostgathe, Christoph; Kölpin, Alexander; Steigleder, Tobias
  21st European Radar Conference, EuRAD 2024
  Publisher DOI
  
  
• Soziale Implikationen von Gesundheitstechnologien in der Palliativversorgung – Entwicklung eines konzeptionellen Rahmenwerks - Conference Paper
  Öhl, Natalie; Steigleder, Tobias; Hille, Eva Maria; Braun, Matthias; Weisser, A.; Mühlensiepen, F.; Vossiek, Martin; Eskofier, Björn; Kölpin, Alexander; Forbes, C. C.; Ostgathe, Christoph; Heckel, Maria
  15. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Palliativmedizin (2024)
  Publisher DOI
  
  
• Mit Bürgerinnen und Bürgern über Forschung und technische Innovationen in der Palliativversorgung ins Gespräch kommen – Pilotierung eines ELSI-Cafés - Conference Paper
  Öhl, Natalie; Weisser, A.; Ott, Tabea; Grießhammer, Stefan; Yip, J.; Klinger, I.; Kölpin, Alexander; Miehling, J.; Bräuning, J.; Dabrock, Peter; Steigleder, Tobias; Ostgathe, Christoph; Heckel, Maria
  15. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Palliativmedizin (2024)
  Publisher DOI
  
  
• A six-port-based tracking system for automated landing of fixed-wing UAVs - Conference Paper
  Hübner, Kai Christian; Tegowski, Bartosz; Kölpin, Alexander
  25th International Microwave and Radar Conference, MIKON 2024
  Publisher DOI
  
  
• Nonlinear distortion effects of vibration-sensing interferometric radar systems due to self-RCS - Conference Paper
  Tegowski, Bartosz; Kölpin, Alexander
  25th International Microwave and Radar Conference, MIKON 2024
  Publisher DOI
  
  
• HRV-based Monitoring of Neonatal Seizures with Machine Learning - Conference Paper
  Lu, Hui; Kusnik, Stefan; Mammadova, Dilbar; Trollmann, Regina; Kölpin, Alexander
  46th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, EMBC 2024
  Publisher DOI
  
  
• A circular switched parasitic array with directors for LoRa applications at 868 MHz - Journal Article
  Reinhold, Lukas; Wasle, Casper; Kölpin, Alexander
  Electronics Letters 60 (13): e13247 (2024)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• EmRad: ubiquitous vital sign sensing using compact continuous-wave radars - Journal Article
  Albrecht, Nils Christian; Langer, Dominik; Krauss, Daniel; Richer, Robert; Abel, Luca; Eskofier, Bjoern M.; Rohleder, Nicolas; Kölpin, Alexander
  IEEE Open Journal of Engineering in Medicine and Biology 5: 725-734 (2024)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• Print! Place! Perform! : additively manufactured surface-mounted bandpass filter in X band - Journal Article
  Tegowski, Bartosz; Langer, Dominik; Sieganschin, Anton; Wenzel, Marvin; Kölpin, Alexander
  IEEE Microwave Magazine 25 (6): 80-87 (2024)
  Publisher DOI
  
  
• A fully integrated radar-based true-speed-over-ground sensor for highly dynamic road vehicles - Conference Paper
  Albrecht, Nils Christian; Langer, Dominik; Kölpin, Alexander
  IEEE/MTT-S International Microwave Symposium, IMS 2024
  Publisher DOI
  
  
• Integration approach for radar transceiver MMICs with integrated antennas enabling adaptability to customized passive frontend design - Conference Paper
  Langer, Dominik; Albrecht, Nils Christian; Bartels, Frederike; Tegowski, Bartosz; Kölpin, Alexander
  IEEE/MTT-S International Microwave Symposium, IMS 2024
  Publisher DOI
  
  
• A review and tutorial on machine learning-enabled radar-based biomedical monitoring - Journal Article
  Krauss, Daniel; Engel, Lukas; Ott, Tabea; Braeunig, Johanna; Richer, Robert; Gambietz, Markus; Albrecht, Nils Christian; Hille Eva Maria; Ullmann, Ingrid; Braun, Matthias; Dabrock, Peter; Kölpin, Alexander; Koelewijn, Anne; Eskofier, Björn; Vossiek, Martin
  IEEE Open Journal of Engineering in Medicine and Biology 5: 680-699 (2024)
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• Light-weight and person-independent radar-based hand gesture recognition for classification and regression of continuous gestures - Journal Article
  Stadelmayer, Thomas; Hassab, Youcef; Servadei, Lorenzo; Santra, Avik; Weigel, Robert; Lurz, Fabian
  IEEE Internet of Things Journal 11 (9): (2024)
  Publisher DOI
  
  
• Weather stations for biodiversity : a comprehensive approach to an automated and modular monitoring system - Book
  Baggenstoss, Paul; Bourlat, Sarah J.; Frommolt, Karl-Heinz; Gemeinholzer, Birgit; Glöckner, Frank Oliver; Haucke, Timm; Jahn, Olaf; Langen, Kathrin; Kirse, Ameli Kim; Kostadinov, Ivaylo; Kurth, Frank; Liedtke, Sascha; Lorsch, Florian; Marinkus, Deniss; Lasseck, Mario; Paja, Mario; Piotrowski, Krzysztof; Raus, Hanna; Reinhold, Lukas; Steinhage, Volker; Scherges, Alice M.; Sixdenier, Pierre-Louis; Swenson, Stefanie J.; Tschan, Georg Florian; Werner, Benjamin; Velotto, Domenico; Weigend, Maximilian; Vautz, Wolfgang; Wägele, Johann Wolfgang; Zizka, Vera M. A.
  Wägele, Wolfgang J., Tschan, Georg F. (Hrsg.): Weather stations for biodiversity : a comprehensive approach to an automated and modular monitoring system. - Sofia: Pensoft, 2024
  Open Access | Publisher DOI
  
  
• A hybrid-integrated K-/ Ka-band phased array module with dual-polarized shared aperture - Journal Article
  Erkelenz, Kevin; Sielck, Noah; Kölpin, Alexander; Jacob, Arne
  IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 72 (10): 6130-6139 (2024)
  Publisher DOI
  
  
• Accuracy limitations of interferometric radar owing to the radar cross section of its antenna - Journal Article
  Tegowski, Bartosz; Kölpin, Alexander
  IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques 72 (7): 4317-4324 (2024)
  Publisher DOI
  
  
• Contactless transition for wideband double-ridge waveguides - Conference Paper
  Jabi, Omar; Weiß, Nico; Riemschneider, Georg Frederik; Riedinger, Ralf; Kölpin, Alexander
  German Microwave Conference, GeMiC 2024
  Publisher DOI
  
  
• A contribution to beam scanning with array antennas - Doctoral Thesis
  Rohrdantz, Benjamin
  Technische Universität Hamburg (2024)
  Open Access
  
  
• Receiver components and frontends for wideband communications at W-band - Doctoral Thesis
  Deutschmann, Björn
  Technische Universität Hamburg (2024)
  Open Access
  
  
• Identifikation, Auswirkung und Simulation von Wellenausbreitungseffekten in der Zug-Onboard-Kommunikation mithilfe realer Kanalcharakterisierung - Doctoral Thesis
  Lichtblau, Johann
  Technische Universität Hamburg (2024)
  Open Access
  
  
• A modular 61 GHz vital sign sensing radar system for long-term clinical studies - Conference Paper
  Wenzel, Marvin; Langer, Dominik; Kölpin, Alexander; Lurz, Fabian
  IEEE Topical Conference on Wireless Sensors and Sensor Networks, WiSNeT 2024
  Publisher DOI
  
  
• Hybrid-Integrierte Sendeempfangsmodule für Dual-Polarisierte Gruppenstrahler im K-/Ka-Band - Doctoral Thesis
  Erkelenz, Kevin
  Technische Universität Hamburg (2024)
  Open Access
  
  
• Empirical study on the antenna-dependent accuracy of continuous-wave radars - Conference Paper
  Tegowski, Bartosz; Schulz, Björn; Kölpin, Alexander
  German Microwave Conference, GeMiC 2024
  Publisher DOI
  
  
• Width-constrained multilayer SIW components based on adjoined folded SIW transitions - Conference Paper
  Tegowski, Bartosz; Jaschke, Thomas; Sieganschin, Anton; Jacob, Arne; Kölpin, Alexander
  German Microwave Conference, GeMiC 2024
  Publisher DOI
  
  

Projekte

• NGCN - Next Generation City Networking, Themenkomplex PIONEER_6G
  Deutsches Zentrum Mobilität der Zukunft; Laufzeit 2025-2027
  Projektleitung: Kölpin, Alexander; Timm-Giel, Andreas; Bauch, Gerhard; Yang, Cheng; Kiener, Maximilian; Schulte, Stefan
  Co-Projektleitung: Müller-Lietzkow, Jörg; Noennig Jörg Rainer; Dehbi, Youness
  
  
• HODEPLIO - Hochfrequenzgerechtes Design planarer Ionenfallen
  Hamburgische Investitions- und Förderbank; Laufzeit 2024-2026
  Projektleitung: Kölpin, Alexander; Trieu, Hoc Khiem
  
  
• SolarPerm - Zerstörungsfreies Trennverfahren von Solarpaneelen für sortenreines Recycling mittels Hochfrequenzenergie - Teilprojekt: Materialsensoraspekte
  Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK); Laufzeit 2024-2026
  Projektleitung: Kölpin, Alexander
  
  
• radarMUVI - Radar-basierte multifunktionale Vitaldatensensorik
  Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF); Laufzeit 2024-2026
  Projektleitung: Kölpin, Alexander
  
  
• SICHER - Teilvorhaben: Radar-Systementwurf samt Antennen-Design und Entwurf von Stress-Detektions-Algorithmen
  Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK); Laufzeit 2023-2026
  Projektleitung: Kölpin, Alexander
  Mitarbeitende: Heß, Kristina; Bartels, Frederike
  
  
• SUSTRONICS - Sustainable and green electronics for circular economy
  Federal Ministry of Education and Research (BMBF); Laufzeit 2023-2026
  Projektleitung: Kölpin, Alexander
  Mitarbeitende: Riege, Philip Carsten
  
  
• FPOplus - Fahrplanoptimierung durch eine KI-basierte Lösung zur besseren Prognosefähigkeit im Flow-Management des Personentransfers
  Bundesministerium für Digitales und Verkehr; Laufzeit 2023-2025
  Projektleitung: Kölpin, Alexander; Timm-Giel, Andreas
  Mitarbeitende: Schmitt, Jan-Joshua; Plöger, Daniel
  
  
• Smart Analytics/ZIM - 3D-Radar-ReMonitor/Entwicklung eines Mehrkanal-lnterferometerradars mit hoher Trägerfrequenz/ZIM
  Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK); Laufzeit 2023-2025
  Projektleitung: Kölpin, Alexander
  
  
• MEMS-paramps - DFG-Fraunhofer-Kooperation 2020: MEMS-basierte parametrische Verstärker für Reichweitenoptimierung drahtloser Sensornetze
  Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG); Laufzeit 2021-2024
  Projektleitung: Kölpin, Alexander
  Mitarbeitende: Hübner, Kai Christian
  
  
• EmpkinS - SFB 1483: Teilprojekt Kardiovaskuläres respiratorisches Mikrowelleninterferometer (A04)
  Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG); Laufzeit 2021-2025
  Projektleitung: Kölpin, Alexander
  Mitarbeitende: Langer, Dominik; Albrecht, Nils Christian; Tegowski, Bartosz
  
  

Kooperationspartner

• Airbus DS GmbH in Ottobrunn
• Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Prozessmaschinen und Anlagentechnik (iPAT)
• smedo GmbH in Hennigsdorf
• AFT Microwave GmbH in Backnang
• DeMeTec GmbH in Langgöns
• DESY in Hamburg
• DLR Institut für Flugführung in Braunschweig
• Ernst-Abbe-Fachhochschule in Jena
• Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik (IAF) in Freiburg im Breisgau
• Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen (IIS), Arbeitsgruppe Digital Health Pathways, Erlangen
• Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) in Hermsdorf
• Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie (FKIE) in Wachtberg
• Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen (IMWS) in Halle an der Saale
• Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) - Lehrstuhl für Rechts- und Wirtschaftswissenschaft
• Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Anästhesiologische Klinik
• Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Digitale Übertragung (IDC)
• Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Gesundheitspsychologie (GESPSY)
• Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Hochfrequenztechnik (LHFT)
• Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Informatik 12 (Hardware-Software-Co-Design)
• Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Informatik 14 (Maschinelles Lernen und Datenanalytik) (MaD)
• Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Informatik 9 (Graphische Datenverarbeitung) (LGDV)
• Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Innere Medizin 3 - Rheumatologie und Immunologie (Med3)
• Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Klinische Psychologie und Psychotherapie (KliPs)
• Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Konstruktionstechnik (KTmfk)
• Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Multimediakommunikation und Signalverarbeitung (LMS)
• Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Neurologie, Molekular-Neurologische Abteilung (MN)
• Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Palliativmedizin, Palliativmedizinische Abteilung (PALL)
• Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Systematische Theologie II (Ethik)
• Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Technische Dynamik (LTD)
• Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Technische Elektronik (LTE)
• Friedrich-Schiller-Universität Jena, Lehrstuhl Digitale Bildbearbeitung
• Geratherm Respiratory GmbH in Bad Kissingen
• IBL in München
• IMST GmbH in Kamp-Lintfort
• ION-Gas in Dortmund
• Jacobs University Bremen gGmbH
• Justus-Liebig-Universität Gießen, AG Spezielle Botanik
• Gesellschaft für wissenschaftliche Datenverarbeitung mbH Göttingen (GWDG)
• KHH Consulting Karl-Heinz Hübner in Überlingen
• Leibniz-Institut für Biodiversität der Tiere (Zoologisches Forschungsmuseum Alexander Koenig) in Bonn
• Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik (ihp) in Frankfurt (Oder)
• Lufthansa Technik AG in Hamburg
• Max Planck Institut für Evolutionäre Anthropologie in Leipzig
• Museum für Naturkunde Berlin, AG Bioakustik
• Silicon Radar GmbH in Frankfurt (Oder)
• Technische Universität Ilmenau
• Technische Universität in Berlin
• Technische Universität München, Fakultät für Informatik
• Technische Universität München, Lehrstuhl für Mikro- und Nanosystemtechnik
• Tesat-Spacecom GmbH & Co. KG in Backnang
• Thales Electronic Systems GmbH in Ulm
• UMS GmbH - United Monolithic Semiconductors in Ulm
• Universität Bonn, Institut für Informatik 4
• Universität Bonn, Nees-Institut für Biodiversität der Pflanzen
• Universität Bremen, Zentrum für Marine Umweltwissenschaften
• Universitätsklinikum (UK) Erlangen – Kinderklinik (KK)
• Universitätsklinikum (UK) Erlangen – Palliativstation (PallMeT)
• Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf (UKE) - Klinik und Poliklinik für Mund- Kiefer- und Gesichtschirurgie
• University of Bristol, Departement of Computer Science in United Kingdom
• VIA electronic GmbH in Hermsdorf
• Voigtmann GmbH in Nürnberg
• eleQtron GmbH in Hamburg
• NXP in Hamburg
• ParityQC in Innsbruck
• Heinz Schirmacher GmbH in Trittau
• Indie Semiconductor in Frankfurt (Oder)

Großgeräte

• Antennenmesskammer 7 x 3 x 3m, Messplatz
  DOI: 10.15480/882.13808
  DFG-Geräteklassifikation: 6420 -- Antennenmessgeräte (Messempfänger für Empfangsantennen)
  
  
• Digitalmikroskop VHX-6000
  Hersteller: Keyence Deutschland GmbH
  DOI: 10.15480/882.13807
  DFG-Geräteklassifikation: 5010 -- Kameramikroskope
  
  
• Elektromagnet EM7-HV mit Netzteil
  Hersteller: Cryophysics GmbH
  DOI: 10.15480/882.13810
  DFG-Geräteklassifikation: 0100 -- Elektromagnete
  
  
• Fineplacer-145 Pico
  Hersteller: Finetech GmbH & Co. KG
  DOI: 10.15480/882.13798
  DFG-Geräteklassifikation: 2780 -- Sondenmessplätze (Wafer Prober) für Halbleiterbausteine
  
  
• HF-Wafer-Meßplatz
  Hersteller: Synatron
  DOI: 10.15480/882.13799
  DFG-Geräteklassifikation: 2780 -- Sondenmessplätze (Wafer Prober) für Halbleiterbausteine
  
  
• Netzwerkanalysator HP 8510C
  Hersteller: HEWLETT PACKARD GMBH EDV
  DOI: 10.15480/882.13806
  DFG-Geräteklassifikation: 2720 -- Impedanz- und Dämpfungsmessgeräte, Frequenzgangmessgeräte, Netzwerkanalysatoren
  
  
• Radarprüfstand
  DOI: 10.15480/882.13809
  DFG-Geräteklassifikation: 2790 -- Sonstige nachrichtentechnische Geräte (außer 2700-2780 und 6600-6790)
  
  
• Rework Station
  Hersteller: Finetech GmbH & Co. KG
  DOI: 10.15480/882.13800
  DFG-Geräteklassifikation: 6480 -- Elektronik-Laborplätze
  
  
• Signalanalysator FSQ40
  DOI: 10.15480/882.13801
  DFG-Geräteklassifikation: 2730 -- Digital-Signalanalysatoren