Home / Forschung / Projekte / Haushaltsprojekte / Dielektrische Spektroskopie 

Dielektrische Spektroskopie

Charakterisierung der hochfrequenten elektromagnetischen Eigenschaften von Böden und Sedimenten im Labor. Sie dienen als Eingangsgröße der Simulation der EM Wellenausbreitung und für grundlegende Untersuchungen der Polarisationsmechanismen im Untergrund

Die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen im Radar-Frequenzbereich wird durch die dielektrischen Eigenschaften des Bodens beeinflusst. Diese weisen durch eine Überlagerung verschiedener Relaxationsprozesse im Boden eine Frequenzabhängigkeit auf. Die Kenntnis des Relaxationsverhaltens ist von großer Bedeutung, um die Signaturen von Radargrammen besser interpretieren und beispielsweise Wassergehalte ableiten zu können. Zudem sind die frequenzabhängigen dielektrischen Eigenschaften eine wichtige Eingangsgröße für die realistische Simulation der Wellenausbreitung. 

An dem Labor-Messplatz werden Bodenproben in eine Messzelle unter kontrollierten Bedingungen (z.B. Wassergehalt und Temperatur) eingebaut und in einen Koaxialleiter integriert. Der angeschlossene Netzwerkanalysator erfasst breitbandig Transmissions- und Reflexionsfaktoren, aus denen sich Spektren der komplexen dielektrischen Permittivität gewinnen lassen.

Bisher wurden über 100 verschiedene Böden und Sedimente bei unterschiedlichen Wassergehalten untersucht und die Daten in einer Datenbank archiviert. Teils wurden die Messungen mit niederfrequenten SIP-Untersuchungen ergänzt und petrophysikalische Modelle für den gesamten Frequenzbereich der elektromagnetischen Methoden (mHz- bis GHz-Bereich) abgeleitet. Die Datenbank dient auch als Grundlage für frequenzabhängige Simulationen der elektromagnetischen Wellenausbreitung. 

Publikationen

  • Determination of complex permittivity by inverting coaxial transmission line data using FDTD. - Proceedings of the 17th International Conference of Ground Penetrating Radar, GPR2018, 18-21.06.2018, University of Applied Sciences Rapperswil, 5 p.
    2018, TAKAHASHI, K., LOEWER, M., IGEL, J. & KONISHI, C.
  • Ultra-broadband electrical spectroscopy of soils and sediments - A combined permittivity and conductivity model. - Geophysical Journal International, (2017) 210, 1360-1373
    2017, LOEWER, M., GÜNTHER, T., IGEL, J., KRUSCHWITZ, S., MARTIN, T. & WAGNER, N.
  • Spectral Decomposition of Soil Electrical and Dielectric Losses and Prediction of In Situ GPR Performance. - IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 9 (1): 212-220, Jan. 2016.
    2016, LOEWER, M., IGEL, J. & WAGNER, N.

Team

Projektleitung

Dr. Jan Igel

+49 511 643-2770

Projektbearbeitung

Stephan Schennen

Kooperationen

Bauhaus Uni Weimar

Tohoku-Uni, Japan

Oyo corporation, Japan