Prof. Dr.-Ing. habil. Holger Maune

Prof. Dr.- Ing. habil. Holger Maune

Institut für Informations- und Kommunikationstechnik (IIKT)
Lehrstuhl für Hochfrequenz- und Kommunikationstechnik
Gebäude 09, Universitätsplatz 2, 39106 Magdeburg, G09-326   vCard
Projekte

Aktuelle Projekte

Universal Integrated Console for Ultra-High-Field Magnetic Resonance Imaging (UIC4UHFMRI)
Laufzeit: 01.01.2024 bis 31.12.2027

Die Ultrahochfeld-Magnetresonanztomographie ist eine fortschrittliche medizinische Bildgebungstechnologie und spielt eine wichtige Rolle in der Erforschung der Gehirnfunktion und Neurobiologie. Sie ermöglicht Wissenschaftlern, detaillierte Bilder des Gehirns zu erfassen und funktionelle Aktivitäten in Echtzeit zu verfolgen. Dies kann zu einem besseren Verständnis von Gehirnerkrankungen, kognitiven Prozessen und neurologischen Störungen beigetragen. Das technische Ziel dieses Projektes ist die Realisierung einer universellen integrierten Konsole für Hochfeld-MRT-Systeme. Die in diesem Projekt entwickelte MRT-Konsole übertrifft alle bisher kommerziell oder als Eigenbau verfügbaren Systeme und ermöglicht es der OVGU und damit dem Land Sachsen-Anhalt, die Leuchtturmaktivitäten im Bereich MRT und Neurowissenschaften in den kommenden Jahren auszubauen und zu sichern. Ferner bietet das Projekt eine exzellente Möglichkeit der Einbindung in die
Hightech-Strategie des Landes Sachsen-Anhalt mit der Ansiedlung von Konzernen der Halbleitertechnologie und Mikroelektronik. Mit UIC4UHFMRI wird die Toolchain vom Design bis zur Systemintegration moderner Halbleiterbauelemente an der OVGU etabliert.

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Inter-Satelliten V-Band Flüssigkristall Antennen in 3D-Drucktechnologien
Laufzeit: 01.10.2022 bis 30.09.2025

Übergeordnetes Ziel dieses Vorhabens ist die Erforschung und anschließende Etablierung mittels additiver Fertigungsmethoden gefertigter Hochfrequenzsystemen für die Satellitenkommunikation. Hierbei werden rekonfigurierbare HF-Frontends mit adaptiven Antennensystemen benötigt. Eine besondere Herausforderung besteht in der Integration der Mikrowellen-Flüssigkristall-Technologie (µWLCTechnologie) mit additiven Fertigungsmethoden. Sehr neue Forschungsergebnisse für die Ansteuerung von Flüssigkristallkomponenten mit hybriden Steuerfeldern in Kombination mit einer durch eine phasenmodulierte elektrische Ansteuerung deutlich vereinfachten Elektronik erlauben erstmals einen insgesamt deutlich optimierten Aufbau von steuerbaren HF-Komponenten und Systemen. Nachdem auch die additive Fertigung von HF-Komponenten den Weg aus den Forschungslaboren in die Wirtschaft gefunden hat, ist der nächste logische Schritt diese beiden Technologien zu kombinieren.

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BOS-Satellitenfunk (BOSsat)
Laufzeit: 01.10.2024 bis 31.03.2025

In dieser Phase werden die Bedarfe der Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS) ermittelt. Aus diesen customer requirements werden in einem weiteren Schritt die technischen Anforderungen herausgearbeitet und mit den technischen Möglichkeiten des Heinrich-Hertz-Satelliten (H2Sat) abgeglichen. Das globale Ziel des Gesamtprojektes liegt auf der Technologieentwicklung und anschließender -erprobung eines neuartigen integrierten Datenmodems für die BOS welches die Anforderungen der Nutzer an eine integrierte Satellitenkommunikation neben dem Regelfall auch den Katastrophen- und den Zivilschutzfall mit einem einheitlichen, selbst-orchestrierten Zugangspunkt abdecken kann. Hierzu werden im Projektverlauf Experten aus unterschiedlichen BOS und weitere Partner eingebunden.

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Abgeschlossene Projekte

Hochfrequenzmesstechnik zur linearen und nicht-linearen Charakterisierung von Systemen, Komponenten sowie Materialien (Forschungsgroßgeräte nach Art. 91b GG)
Laufzeit: 21.03.2023 bis 31.12.2023

Die Hochfrequenzmesstechnik ist essenziell für vielfältige Forschungsaufgaben im Bereich der Kommunikations- und Medizintechnik. An beiden Forschungsschwerpunkten sind die Lehrstühle Kommunikations- und Hochfrequenztechnik und Elektronik mit entsprechenden Projekten beteiligt. Mit den hier beantragten Messystemen zur linearen und nicht-linearen Charakterisierung von Systemen, Komponenten sowie Materialien werden die Lehrstühle Hochfrequenz- und Kommunikationstechnik sowie Elektronik in die Lage versetzt, aktuelle Forschungsfragen im Frequenzbereich von wenigen MHz bis 120 GHz zu adressieren. Die Systeme können dabei unter anderem für folgende messtechnische Aufgabenstellung eingesetzt werden: (a) lineare on-Wafer- und koaxiale Messungen bis 120 GHz, (b) nicht-lineare Messungen und dielektrische Materialcharakterisierung bis 67 GHz und © Großsignalmessungen bis 40 GHz. Ziel des vorliegenden Großgeräteantrags ist es, die antragstellende Einrichtung durch einen Messplatz zur Erforschung neuer systematischer Ansätze, zur Systemevaluation und -demonstration als auch zur erforderlichen Materialcharakterisierung mit höchster Performanz auszustatten. Die beteiligten Lehrstühle sollen hierdurch für die nächsten Jahre nachhaltig für die Spitzenforschung auf dem Gebiet der neuartigen Konzepte und Technologien für adaptive Kommunikationssysteme und problemangepassten Sensorsystemen basierend auf elektromagnetischen Funktionsprinzipien erstausgestattet werden.

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Grenzflächeneinstellung dünner Schichten für durchstimmbare ferroelektrische Varaktoren mit hochleitfähigen Oxidelektroden
Laufzeit: 01.06.2020 bis 31.05.2023

Ferroelektrische Varaktoren, in denen metallische Elektroden mit (Ba,Sr)TiO3 kombiniert werden, werden in abstimmbaren elektrischen Bauteilen bei Gigahertz-Frequenzen verwendet. Die hohe Abstimmbarkeit der Permittivität, sowie Ausdauer, schnelle Abstimmgeschwindigkeit und geringer Stromverbrauch haben zur Entwicklung verschiedener integrierter Mikrowellenkomponenten beigetragen. Im Rahmen des vorhergehenden Antrags haben wir konzeptionell gezeigt, dass volloxidische, epitaktische Schichtstrukturen auf der Basis des hochleitfähigen Perowskits SrMoO3 den Weg in Richtung Dünnschichtvaraktoren ebnen. Diese haben aufgrund der in diesem Verfahren möglichen ultradünnen (Ba,Sr)TiO3 Funktionsschichten zwei Vorteile, die in konventioneller Technologie nicht möglich sind: Abstimmbarkeit bei niedrigen Spannungen auf Batterieniveau und Betrieb bei hohen Frequenzen. Um jedoch diese Vorteile und damit das volle Potential des Konzepts realisieren zu können, muss ein wesentlich verbessertes Verständnis der Oxidgrenzflächen und ihrer Defektchemie, die der Schlüssel zur Varaktor-Funktionalität sind, erzielt werden.Dieses Folgeprojekt zielt daher auf die Untersuchung der thermodynamischen und kinetischen Stabilität von epitaktischen Grenzflächen zwischen Materialien, die in extrem unterschiedlichen Bereichen des Temperatur-Sauerstoffpartialdruck-Phasendiagramms zu Hause sind. Dabei soll sowohl die Kinetik des Wachstumsprozesses variiert werden, als auch durch geeignete Zwischenschichten Sauerstoffdiffusionsbarrieren genutzt werden. Die Materialparameter der hergestellten Mehrschichtstruktur (Kristall- und Elektronenstruktur, Permittivität, Stöchiometrie, Morphologie) werden mit den elektrischen Leistungsparametern des Varaktors wie Abstimmbarkeit, Leckstrom und Mikrowellenverluste korreliert. Dabei ist die elektrische Charakterisierung bei Gigahertz-Frequenzen nicht nur eine Bauteilcharakterisierungsmethode, sondern wird als hochempfindliche Sonde für die Materialeigenschaften genutzt. Die Bauteilmodellierung erlaubt hierbei die Extraktion von Parametern, die durch direkte Messungen nicht zugänglich sind. Wesentlich für diese Arbeit ist der interdisziplinäre Ansatz, der Materialwissenschaft und Hochfrequenzelektronik verbindet, um durch ein neues hochleitfähiges Material deutlich verbesserte Varaktoren zu ermöglichen.

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Konzepte und Synthese Flüssigkristallbasierter Filter mit kontinuierlich steuerbarer Mittenfrequenz und Bandbreite im Ka-Band
Laufzeit: 01.01.2020 bis 31.12.2022

Durch die stetig steigende Anzahl an Funkdiensten und den schnellen Wandel in den Funkdienstanforderungen bezüglich ihrer Frequenzbandzuweisung erfordern zukünftige Kommunikationssysteme wie Satelliten und Basisstationen der 4. und 5. Generation mit langen Planungs- und Einsatzzeiten frequenzagile (rekonfigurierbare) Hochfrequenz-Frontends. Eine Schlüsselkomponente sind die Eingangsfilter. Stand der Technik sind Filterbänke, die eine Vielzahl von Frequenzbandparametern wie Mittenfrequenz und Bandbreite abdecken. Dieses Filterkonzept basiert auf einer festen Anzahl an Steuerzuständen (Filtern), die nur diskret eingestellt werden können und keine nachträgliche Rekonfiguration der Filter bzw. Frequenzbandzuweisungen erlauben. Weiterhin ist das große Volumen und hohe Gewicht von Filterbänken ein großes Problem insbesondere für Satelliten. Durch den Einsatz von elektronisch steuerbaren Filtern können Filterparameter wie Mittenfrequenz und Bandbreite in einem bestimmten Abstimmbereich kontinuierlich eingestellt werden. Dies ermöglicht eine annähernd unbegrenzte Anzahl von Rekonfigurationen des HF-Frontends im Laufe seiner Einsatzzeit, z. B. eines geostationären Satelliten von mehr als 15 Jahren. Weiterhin reduzieren sich das Volumen sowie das Gewicht des Filters auf einen Bruchteil dessen einer Filterbank. Primäres Ziel des vorliegenden Antrags ist daher die Analyse und Synthese allgemein elektrisch steuerbarer Flüssigkristall (Liquid Crystal, LC) Filter mit abstimmbarer Bandbreite und Mittenfrequenz für die Satellitenkommunikation (SatKom) im Ka-Band. Die Verwendung der in Darmstadt etablierten Mikrowellen-LC-Technologie bietet für die angestrebte SatKom-Anwendung zwei immense Vorteile, (1.) die neusten, speziell synthetisierten Flüssigkristalle weisen im Millimeterwellenbereich nur sehr geringe maximale Verluste auf und erlauben somit eine hohe Filtergüte, und (2.) diese Flüssigkristalle sind weltraumtauglich, d. h. strahlenfest. Die zu synthetisierenden LCbasierten Filter sollen sowohl in der Mittenfrequenz als auch in der Bandbreite abstimmbar sein. Deshalb werden zunächst verschiedene Ansätze für die Realisierung abstimmbarer Koppelaperturen sowie Resonatoren auf LC-Basis untersucht und geeignete Steuerelektroden entwickelt mit dem Ziel der maximalen Steuerbarkeit bei höchster Resonator-Güte. Aus den synthetisierten Einzelkomponenten wird anschließend das gesamte Filter höherer Ordnung zusammengefügt, wobei zuvor eine Untersuchung der für diese Anwendung optimalen Filtertopologie auf Basis der Koppelmatrix erfolgt. Für die finale Feinabstimmung des gesamten Filters wird das zugrundeliegende Simulationsmodell so weit vereinfacht, dass eine Simulation der gesamten LC-Filterstruktur in einer angemessenen Zeitdauer möglich. Eine Untersuchung zur schnellen Rekonfiguration des Filters im laufenden Betrieb sowie die Implementierung eines Diagnosealgorithmus zur Realisierung der thermischen Stabilität ist für den Abschluss des Projekts vorgesehen.

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Entwicklung von steuerbaren niederpermittiven Kompositmaterialien für die Mikrowellentechnik
Laufzeit: 01.01.2019 bis 31.12.2021

Das Vorhaben verfolgt das Ziel, anorganische Kompositmaterialien mit zur Dickschichttechnologie vergleichbaren Steuerbarkeiten, bei gleichzeitigen niedrigen dielektrischen Verlusten sowie geringen Permittivitäten zu realisieren. Hierzu werden unterschiedliche Gefüge aus einer steuerbaren, ferroelektrischen Phase, im vorliegenden Fall Barium-Strontium-Titanat (Ba0,6Sr0,4TiO3), und einer niederpermittiven, dielektrischen (nicht-ferroelektrischen) Phase, im vorliegenden Fall Magnesiumborat (Mg3B2O6) hergestellt. Der Schwerpunkt des Verlängerungsantrags liegt zum einen bei der systematischen Untersuchung des vielversprechenden Ansatzes der sogenannten Coating-Komposite sowie von ternären Kompositen, und zum anderen bei der Weiterentwicklung des Simulationsverfahrens, um die dielektrischen Eigenschaften der hergestellten Kompositgefüge modellieren zu können. Im Einzelnen ergeben sich folgende Teilziele: Etablierung einer nichtlinearen 3D EM-Simulation von nichtlinearen elektrisch steuerbaren Kompositgefügen, Entwicklung und Optimierung von Coating- Kompositen, Herstellung und Modellierung ternärer Komposite.

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Elektronisch steuerbare Dual-mode Flüssigkristall-basierte substrat-integrierte Wellenleiter-Bandpassfilter für das W-Band
Laufzeit: 01.01.2019 bis 30.05.2020

Während moderne Kommunikation mit wachsenden Bandbreitenansprüchen einhergeht, ist das zugrundeliegende Hochfrequenzspektrum begrenzt. Es gibt nur wenige Möglichkeiten, den Datendurchsatz mit begrenzten Ressourcen zu erhöhen. Eine mögliche Lösung für Anwendungen mit besonders hoher Datenrate besteht darin, höhere Trägerfrequenzen im V- oder W-Band zu verwenden. Auch werden Anwendungen in den mm-Wellenbändern über 110 GHz intensiv diskutiert. Mit der Zunahme der Frequenz müssen viele neue, in niedrigeren Frequenzbändern bekannte und optimierte Komponenten skaliert, angepasst oder neu untersucht werden. Neben den aktiven Verstärker- und Mischschaltungen besteht ein großer Bedarf an passiven Bauelementen wie Filter oder Antennen. Während im unteren Frequenzbereich diese Komponenten üblicherweise als nicht-abstimmbare Komponenten realisiert werden, sind abstimmbare oder rekonfigurierbare Komponenten für mobile Kommunikationsanwendungen für die angestrebten Frequenzen von großer Bedeutung. Erforderliche Komponenten sind definitiv abstimmbare Antennen mit starker Richtwirkung, die in der Lage sind, die Strahlform und -richtung zu optimieren, um eine nahezu allgegenwärtige Verbindung mit konstanter Servicequalität zu garantieren. Auch abstimmbare Filter sind Schlüsselkomponenten, da sie die Rekonfiguration des gesamten Netzwerks ermöglichen. Dieses Forschungsprojekt konzentriert sich auf die Realisierung eines abstimmbaren Filters, das sich besonders für den Betrieb bei hohen Frequenzen eignet. Frühere Forschungsergebnisse zeigen die Begrenzung der Standardtechnologien für Schaltungen im mm-Wellenbereich. Das Hauptziel dieses Forschungsprojekts ist es daher, grundlegende Untersuchungen an einstellbaren Dual-Mode LC-basierten Filtern durchzuführen, die eine substratintegrierte Wellenleitertechnologie verwenden. Der Vorteil der Verwendung von Dual-Mode-Filtern ist seine reduzierte Größe, während der Passband-Stopband-Übergang zur gleichen Zeit definierter realisiert werden kann. Neben den Untersuchungen zur Machbarkeit dieser neuen elektronisch abstimmbaren Dual-Mode-SIW-Bandpassfilter im W-Band werden zusätzliche Forschungsaktivitäten im Bereich Materialcharakterisierung, EM-Simulationen und Filteroptimierung durchgeführt. Das Konzept wird abschließend mit einem abstimmbaren Dual-Mode-SIW-Filter im W-Band demonstriert.

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Machbarkeitsstudie einer Antenne mit elektronisch rekonfigurierbarer Apertur
Laufzeit: 01.04.2018 bis 31.03.2020

Elektronisch steuerbare Antennen sind eine wichtige Komponente zukünftiger Kommunikations-dienste. Beispielsweise sind agile Antennen für zukünftige Raummultiplexverfahren im Mobilfunkbereichnotwendig, die es erlauben eine Funkverbindung zwischen Mobilstation und Basisstation dauerhaft sicherzustellen. Gruppenantennen mit elektronisch steuerbarer Strahlschwenkung sind für die genannten Anwendungsgebiete eine wichtige Komponente. Im Vergleich zu Antennen mit mechanischer Strahlschwenkung haben sie den Vorteil einer deutlich leichteren und kompakteren Bauweise und können einfach integriert werden. Problematisch bei allen Gruppenantennen ist die Gewinnreduktion beiStrahlschwenkung. Diese entsteht durch die Überlagerung der Felder der einzelnen Antennenelemente, welche durch die Phasenbelegung, die geometrische Anordnung und die Richtcharakteristiken der einzelnen Antennenelemente gegeben ist. In diesem Forschungsprojekt wird erstmals ein Antennenkonzept untersucht, in dem die Abstrahlungsrichtung einstellbar ist, ohne dabei eine Gruppenantenne oder ein Reflectarray zu verwenden. Dabei handelt es sich um eine Parallelplattenleiterlinse mit rekonfigurierbarer Apertur. Basis für die elektronische Steuerung sind Flüssigkristalle, die mittels Rexolite Container in einem gekrümmten Parallelplattenleiter eingesetzt werden und über ein Biasingnetzwerk angesteuert werden. Die Machbarkeit einer solchen Antenne soll dabei exemplarisch an einem Demonstrator im V-Band nachgewiesen werden.

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Elektrisch steuerbare dielektrische Wellenleiter für zukünftig agile Millimeterwellen- und THz-Systeme
Laufzeit: 01.01.2018 bis 31.12.2019

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens sollen Grundlagen für eine neuartige elektrisch steuerbare Wellenleitertechnologie geschaffen werden. Wissenschaftlicher Ansatz ist hierbei die Kombination von verlustarmen dielektrischen Wellenleitern mit der an der TU Darmstadt entwickelten Mikrowellen-Flüssigkristalltechnologie, um so einfache elektrisch steuerbare Wellenleiter, exemplarisch im W-Band, zu realisieren sowie deren Performanz und Einsatzpotential abzuschätzen. Diese einfachen, Flüssigkristall-gesteuerten Phasenschieber bilden anschließend den Grundbaustein für komplexere, hochperformante elektrisch steuerbare Wellenleiterkomponenten in zukünftig agilen Millimeterwellen- und THz-Systemen. Steuerbare planare Wellenleiterstrukturen sind trotz ihrer schnellen Reaktionszeit bei Frequenzen im W-Band und darüber hinaus nicht mehr sinnvoll einsetzbar, da ihre metallischen Verluste zu hoch sind. Steuerbare Hohlleiter sind aufgrund ihrer deutlich geringeren Verluste eine gute Alternative, insbesondere für Anwendungen mit hoher Performanz. Jedoch zeigen sie einen entscheidenden Nachteil. Durch die mit steigender Frequenz kleiner werdenden Dimensionen stellt die Implementierung des erforderlichen elektrischen Ansteuernetzwerks aufgrund der metallischen Berandung trotz großer Anstrengungen eine kaum lösbare technologische Herausforderung dar. Während man im Ka-Band relativ einfach elektrisch steuerbare Hohlleiterphasenschieber herstellen kann, konnten im W-Band bisher nur magnetisch gesteuerte Phasenschieber implementiert werden. Dielektrische Wellenleiter besitzen im Gegensatz zu Hohlleitern keine metallische Berandung. Daher lassen sich die elektrischen Ansteuernetzwerke sehr einfach außerhalb des Wellenleiters anbringen. Des Weiteren haben gerade die klassischen dielektrischen Wellenleiter den Vorteil, dass sie größer als vergleichbare Hohlleiterkomponenten im selben Frequenzbereich sind. Dies mag für den GHz-Bereich noch als Nachteil erscheinen, wird jedoch bei Frequenzen im THz-Bereich zum Vorteil, da steuerbare dielektrischen Wellenleiter noch handhabbar sind, wo Hohlleiter-basierte Flüssigkristall-Komponenten kaum mehr realisierbar sind. Ziel dieses Vorhabens ist eine umfassende Untersuchung unterschiedlicher dielektrischer Wellenleitertopologien, die sich besonders für neuartige elektrisch steuerbare Hochfrequenzkomponenten im Millimeterwellen- und THz-Bereich eignen. Der Fokus liegt dabei auf der Integration von Flüssigkristallkavitäten und dem Ansteuernetzwerk. Diese fundamentale Studie umfasst folgende Teilaspekte: (1) die Untersuchung unterschiedlicher dielektrischer Wellenleitertopologien hinsichtlich der Steuerbarkeit, (2) die Evaluierung geeigneter Materialien zu den ausgewählten Wellenleitertopologien, (3) die Untersuchungen zur verlustarmen Einkopplung des HF-Signals in den dielektrischen Wellenleiter sowie (4) die Hardwareimplementierung der Steuerbarkeit mittels Flüssigkristalltechnologie mit einer möglichst einfachen Ansteuerung.

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Neuartige kontinuierlich steuerbare und miniaturisierte passive "slowwave” Phasenschieber mit schnellen Schaltzeiten für Anwendungen im Millimeterwellenbereich, basierend auf Flüssigkristall- (LC) und Nanodraht-befüllten-Membran- (NaM) Technologie
Laufzeit: 01.05.2016 bis 30.04.2019

Die Flüssigkristall (LC) Technologie, welche im letzten Jahrzehnt von der TU Darmstadt innovativ für den Mikrowellenbereich angepasst wurde, ist eine der vielversprechendsten Lösungen zur Herstellung von kontinuierlich steuerbaren Komponenten im Millimeterwellen Bereich, da ihre Verluste bei steigender Frequenz sinken. Bei 30 GHzzum Beispiel weisen sie sehr geringe dielektrische Verluste tand < 0,006 und eine kontinuierliche Steuerbarkeit von bis zu 27% auf, was in einer Gütezahl (FoM), definiert als das Verhältnis der maximalen differentiellen Phasenverschiebung über der maximalen Einfügedämpfung, von ca. 200°/dB oder 110°/dB für Hohlleiter bzw. invertierte Mikrostreifenleitungsphasenschieber resultiert. Trotz ihrer höheren Verluste im Vergleich zu Hohlleitern, zeichnen sich planare Strukturen durch ihre geringe Dicke aus, sie sind einfach herzustellen und man kann auf automatisierte Herstellungsmechanismen, ähnlich der der LC-Display Technologie, zurückgreifen. Da LC ein Dielektrikum ist, ist der Leistungsverbrauch zur Ansteuerung sehr gering. Nichtsdestotrotz sehen sich LC Phasenschieber zwei kritischen Parametern konfrontiert: Sie benötigen eine zu lange physikalische Länge für die Bereitstellung einer differentiellen Phase von 360°, was viel mehr ist als die vorgegebene Fläche eines Antennenelements, und sie besitzen zu lange Reaktionszeiten (typischerweise > 1 Min), wo für Strahlsteuerungen in mobilen Anwendungen Reaktionszeiten von weniger als 30 ms benötigt werden. Um diese Probleme zu überwinden zielt dieses Projekt auf eine neue Technologie ab, welche alle Anforderungen wie die hohe FoM, geringe Einfügedämpfung, schnelle Reaktionszeiten etc., durch die erstmalige Kombination zweier unabhängig entwickelter, innovativer Technologien, der Flüssigkristalle und der Nanodraht befüllten Membran (NaM) Technologie, erfüllen kann. Die kombinierte LC-NaM Technologie ermöglicht somit durch die Ausnutzung des sogenannten Slow-Wave Effekts die Miniaturisierung von steuerbarenMikrowellenkomponenten um mindestens einen Faktor 3. Als Machbarkeitsnachweis dieser neuen Technologie werden in diesem Projekt erstmals weltweit passive, kontinuierlich steuerbare Slow-Wave Phasenschieber für WPAN Anwendungen bei 60 GHz entworfen, realisiert und untersucht. Das Ziel ist es mit Hilfe des Slow-Wave Effekts Phasenschieber mit LC Schichtdicken von wenigen µm herzustellen, welche eine hohe FoM von mindestens 70°/dB bei 60 GHz erreichen und gleichzeitig ihre Reaktionszeiten von mehr als 1 min, bei bisherigen LC Schichtdicken von 50 bis 150 µm oder mehr, auf 30 ms oder weniger zu verringern. Damit soll es möglich sein eineneue Generation von miniaturisierten Phasenschiebern zu realisieren,welche schnelle Reaktionszeiten und hohe FoM im Millimeterwellenbereich haben, kombiniert mit geringem Leistungsverbrauch, und welche sich einfach in jedes Antennenelement einer großen Gruppenantenne integrieren lassen.

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Hybride phasengesteuerte Gruppenantennen für hochbitratige Übertragungssysteme im Millimeterwellenbereich (HyPAA)
Laufzeit: 01.04.2017 bis 31.03.2019

Das angestrebte Projekt befasst sich mit den Herausforderungen bei der Entwicklung von mobilen Funkverbindungen mit hoher Datenrate im Millimeterwellenbereich. Hierbei führt die Zunahme der Freiraumdämpfung in Kombination mit dem vermehrten Auftreten von Sauerstoff- und Wasserresonanzen zu einer sehr knappen Leistungsübertragungsbilanz. Daher ist zum Erreichen eines genügenden Signal-Rauschabstandes der Einsatz von hochdirektivenAntennen unabdingbar. Zur Aufrechterhaltung der Funkverbindung ist,besonders bei mobilen Anwendungen, eine Nachführung der Antennenkeule notwendig. Da mechanisch gesteuerte Antennen im Allgemeinen sperrig, schwer, wartungsintensiv und teuer sind, geht man mehr und mehr dazu über, die mechanischen Komponenten durch elektronische Steuermechanismen zu ersetzen. Die Implementation dieser phasengesteuerten Gruppenantennen ist allerdings komplex und teuer, wenn jede Einzelantenne einer NxM Antennenmatrix über einen separaten HF-Kanal angesteuert wird, umdie notwendige Amplituden- und Phasenbelegung im Basisband einzustellen. Vielversprechender ist, die Phasenbelegung im HF-Bereich mittels passiver Phasenschieber zu realisieren, was die Zahl unabhängiger HF-Kanäle drastisch reduziert. In diesem Projekt wird die innovative Anwendung von Flüssigkristall als steuerbares Material in Kombination mit aktiven Komponenten zur Realisierung einer hybriden Antennenmatrix angestrebt. Hierbei spielen die Anforderungen an die Phasenschieber eine entscheidende Rolle. Da sie jedem Antennenelement zugewiesen sind, müssen sie kompakt genug sein, um in eine Einheitszelle der Antennenmatrix zu passen. Gleichzeitig sollten sie kompakt, flach und verlustarm sein, um den Anforderungen für mobile Anwendungen gerecht zu werden. Des Weiteren muss der erzeugte Phasenhub groß genug sein, um den anwendungsspezifischen Steuerbereich abzudecken. Trotz der guten Verlusteigenschaften des LCs ist es schwierig, allen oben genannten Anforderungen zugleich gerecht zu werden. Daher wird in diesem Projekt zum ersten Mal die Kombination aktiver Komponenten mit steuerbaren passiven LC basierten Phasenschiebern angestrebt, um die hohen Anforderungen an die Phasenschieber zu entschärfen. DesWeiteren ermöglicht dieses Konzept durch die Anwendung von steuerbaren Verstärkern auch die uneingeschränkte Fernfeldsynthese(d.h. Steuerung der Phasen- und Amplitudenbelegung). Um die oben genannten Ziele zur erreichen, wird zuerst ein systematisches Verfahren zum Entwurf hybrider/aktiver phasengesteuerter Gruppenantennen entwickelt. Die passiven Phasenschieber werden mittels innovativer und vielversprechender LC-Technik realisiert. Zur Steigerung der Systemperformanz bzgl. SNR, Größe und Leistungsaufnahme, werden aktive Sende-Empfangs-Schaltungen in das Antennenpanel integriert. Die Herausforderungen werden insbesondere in der Anpassung des Entwurfsverfahrens auf dieses Konzept als auch in der Integration von aktiven und LC basierten Komponenten liegen.

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Publikationen

2024

Abstract

MR-active needle guides with wireless metasurface coils for transperineal prostate interventions

Kowal, Robert; Knull, Lucas; Hubmann, Max Joris; Vogt, Ivan; Düx, Daniel; Gutberlet, Marcel; Hensen, Bennet; Wacker, Frank; Speck, Oliver; Maune, Holger

In: 14th International Interventional MRI Symposium - Leipzig . - 2024, S. 28 [Symposium: 14th Interventional MRI Symposium, Annapolis, Maryland, October 17-18, 2024]

Potential of metasurface resonators for low-field MRI systems

Kowal, Robert; Hubmann, Max Joris; Knull, Lucas; Düx, Daniel Markus; Gutberlet, Marcel; Hensen, Bennet; Maier, Florian; Wacker, Frank; Speck, Oliver; Maune, Holger

In: ISMRM & ISMRT Annual Meeting & Exhibition - Concord, CA : International Society for Magnetic Resonance in Medicine . - 2024, Artikel 1572 [Konferenz: ISMRM & ISMRT Annual Meeting & Exhibition, Singapore, 04-09 May 2024]

Advances in musculoskeletal imaging - the potential of wireless metasurface coils

Düx, Daniel Markus; Kowal, Robert; Schröer, Simon; Maune, Holger; Speck, Oliver; Wacker, Frank; Gutberlet, Marcel; Hensen, Bennet

In: ISMRM & ISMRT Annual Meeting & Exhibition - Concord, CA : International Society for Magnetic Resonance in Medicine . - 2024, Artikel 0483 [Konferenz: ISMRM & ISMRT Annual Meeting & Exhibition, Singapore, 04-09 May 2024]

Simulation of the transmit performance of 8-channel arrays for 7T head-imaging with a large diameter transmit coil

Hubmann, Max Joris; Kowal, Robert; Orzada, Stephan; Speck, Oliver; Maune, Holger

In: ESMRMB 2024 - ESMRMB, Artikel 379 [Meeting: 2024 ESMRMB 40th Annual Scientific Meeting, Barcelona, 2 - 5 October 2024]

Buchbeitrag

MRI metasurface enhancements at different clinical field strengths

Kowal, Robert; Hubmann, Max Joris; Knull, Lucas; Vogt, Ivan; Düx, Daniel; Gutberlet, Marcel; Hensen, Bennet; Wacker, Frank; Speck, Oliver; Maune, Holger

In: 2024 IEEE MTT-S International Microwave Biomedical Conference (IMBioC) , 2024 - [Piscataway, NJ] : IEEE, S. 125-127 [Konferenz: 2024 IEEE MTT-S International Microwave Biomedical Conference, IMBioC, Montreal, QC, Canada, 11-13 June 2024]

Begutachteter Zeitschriftenartikel

Impact of unit cell density on grid and stripe metasurfaces for MRI receive enhancement

Kowal, Robert; Knull, Lucas; Vogt, Ivan; Hubmann, Max Joris; Düx, Daniel; Hensen, Bennet; Wacker, Frank; Speck, Oliver; Maune, Holger

In: IEEE journal of electromagnetics, RF and microwaves in medicine and biology - New York, NY : IEEE . - 2024, insges. 8 S. [Online first]

2023

Abstract

Curvature adapted Wireless Metasurface Resonators for MR-guided Interventions

Knull, Lucas; Kowal, Robert; Hensen, Bennet; Wacker, Frank; Speck, Oliver; Maune, Holger

In: 6th Conference on Image-Guided Interventions - Mannheim . - 2023, S. 61-62 [Konferenz: 6th Conference on Image-Guided Interventions, IGIC 2023, Mannheim, 19-20 October 2023]

Wireless MRI metasurface to enhance head coil performance

Kowal, Robert; Vogt, Ivan; Hubmann, Max Joris; Speck, Oliver; Maune, Holger

In: Konferenz: 45th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), Sydney, 24. - 27. Juni 2023, IEEE EMBC 2023 - Sydney

Simulation and comparison of transmit elements for 7T head-imaging with a large diameter transmit coil

Hubmann, Max Joris; Kowal, Robert; Orzada, Stephan; Wagner, Piet; Seifert, Frank; Speck, Oliver; Maune, Holger

In: ISMRM & ISMRT Annual Meeting & Exhibition - Concord, CA : International Society for Magnetic Resonance in Medicine . - 2023, Artikel 4583

FAIR benchmarking of 7T MRI antennas - case for a standardized protocol for RF transmit element performance assessment

Hubmann, Max Joris; Nurzed, Bilguun; Niendorf, Thoralf; Speck, Oliver; Maune, Holger

In: ISMRM & ISMRT Annual Meeting & Exhibition - Concord, CA : International Society for Magnetic Resonance in Medicine . - 2023, Artikel 4242

Simulation and comparison of transmit elements for 7T head-imaging with a large diameter transmit coil

Hubmann, Max Joris; Kowal, Robert; Orzada, Stephan; Wagner, Piet; Seifert, Frank; Speck, Oliver; Maune, Holger

In: ISMRM & ISMRT Annual Meeting & Exhibition - Concord, CA : International Society for Magnetic Resonance in Medicine . - 2023, Artikel 4583

FAIR benchmarking of 7T MRI antennas - case for a standardized protocol for RF transmit element performance assessment

Hubmann, Max Joris; Nurzed, Bildgun; Niendorf, Thoralf; Speck, Oliver; Maune, Holger

In: ISMRM & ISMRT Annual Meeting & Exhibition - Concord, CA : International Society for Magnetic Resonance in Medicine . - 2023, Artikel 4242

MetaGate wireless resonator for MR-guided percutaneous interventions

Kowal, Robert; Knull, Lucas; Hubmann, Max Joris; Düx, Daniel; Hensen, Bennet; Wacker, Frank; Rose, Georg; Maune, Holger

In: 6th Conference on Image-Guided Interventions - Mannheim . - 2023, S. 58-59 [Konferenz: 6th Conference on Image-Guided Interventions, Mannheim, October 19 - 20, 2023]

Begutachteter Zeitschriftenartikel

RF glass technology is going mainstream - review and future applications

Chaloun, Tobias; Brandl, Susanne; Ambrosius, Norbert; Kröhnert, Kevin; Maune, Holger; Waldschmidt, Christian

In: IEEE journal of microwaves - [New York, NY] : IEEE, Bd. 3 (2023), Heft 2, S. 783-799

Network-structured BST/MBO composites made from core-Shell-structured granulates

Häuser, Kevin; Zhou, Zhiren; Agrawal, Prannoy; Jakoby, Rolf; Maune, Holger; Binder, Joachim R.

In: Materials - Basel : MDPI, Bd. 16 (2023), Heft 2, Artikel 710, insges. 16 S.

2022

Buchbeitrag

Slow-wave MEMS phase shifter with liquid crystal for reconfigurable 5G

Gomes, Leonardo; Wang, Dongwei; Palomino, Gustavo; Lé, João; Jakoby, Rolf; Maune, Holger; Ferrari, Philippe; Serrano, Ariana L. C.; Rehder, Gustavo P.

In: Symposium: IEEE/MTT-S International Microwave Symposium, IMS 2022, Denver, CO, USA, 19-24 June 2022, 2022 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium/ IEEE/MTT-S International Microwave Symposium - [Piscataway, NJ]: IEEE . - 2022, S. 983-986

A broad band patch antenna used as auxiliary load for measuring multi-port device with 2-port VNA at W-band

Wang, Dongwei; Jakoby, Rolf; Maune, Holger; Ferrari, Philippe; Serrano, Ariana L. C.; Rehder, Gustavo P.

In: Konferenz: 14th German Microwave Conference (GeMiC), Ulm, 16-18 May 2022, 2022 14th German Microwave Conference - [Piscataway, NJ]: IEEE . - 2022, S. 156-159

Considerations for V- and W-band inter-satellite links

Maune, Holger; Hübner, Karl-Heinz; Gold, Gerald

In: Konferenz: 22nd Annual Wireless and Microwave Technology Conference, WAMICON, Clearwater, FL, USA, 27-28 April 2022, 2022 IEEE 22nd Annual Wireless and Microwave Technology Conference (WAMICON) - [Piscataway, NJ]: IEEE . - 2022, insges. 4 S.

Begutachteter Zeitschriftenartikel

Electromagnetic modeling of tunability of Barium Strontium Titanate and Magnesium Borate composites

Agrawal, Prannoy; Matic, Stipo; Häuser, Kevin; Binder, Joachim R.; Maune, Holger; Polat, Ersin; Jakoby, Rolf

In: Ceramics international - Amsterdam [u.a.]: Elsevier Science . - 2022, insges. 10 S.

Fast and miniaturized phase shifter with excellent figure of merit based on liquid crystal and nanowire-filled membrane technologies

Wang, Dongwei; Polat, Ersin; Schuster, Christian; Tesmer, Henning; Rehder, Gustavo P.; Serrano, Ariana L. C.; Gomes, Leonardo G.; Maune, Holger; Jakoby, Rolf

In: IEEE journal of microwaves - [New York, NY]: IEEE, Bd. 2 (2022), 1, S. 174-184

Compact DC to 110 GHz crossover based on metallic-nanowire-filled membrane

Wang, Dongwei; Verona, Bruno M.; Serrano, Ariana L. C.; Ferrari, Philippe; Jakoby, Rolf; Maune, Holger; Rehder, Gustavo P.

In: IEEE microwave and wireless components letters/ Institute of Electrical and Electronics Engineers - New York, NY: IEEE, Bd. 32 (2022), 1, S. 45-48

Highly miniaturized continuously tunable phase shifter based on liquid crystal and defected ground structures

Wang, Dongwei; Polat, Ersin; Tesmer, Henning; Jakoby, Rolf; Maune, Holger

In: IEEE microwave and wireless components letters/ Institute of Electrical and Electronics Engineers - New York, NY: IEEE, Bd. 32 (2022), 6, S. 519-522

Novel hybrid electric/magnetic bias concept for tunable liquid crystal based filter

Polat, Ersin; Kamrath, Fynn; Matic, Stipo; Tesmer, Henning; Jiménez-Sáez, Alejandro; Wang, Dongwei; Maune, Holger; Hoft, Michael; Jakoby, Rolf

In: IEEE journal of microwaves - [New York, NY] : IEEE, Bd. 2 (2022), Heft 3, S. 490-495

Switched and steered beam end-fire antenna array fed by wideband via-less butler matrix and tunable phase shifters based on liquid crystal technology

Wang, Dongwei; Polat, Ersin; Tesmer, Henning; Maune, Holger; Jakoby, Rolf

In: IEEE transactions on antennas and propagation / Institute of Electrical and Electronics Engineers - New York, NY : IEEE, Bd. 70 (2022), Heft 7, S. 5383-5392

2021

Begutachteter Zeitschriftenartikel

Suppression of acoustic resonances in BST-based bulk-ceramic varactors by addition of magnesium borate

Agrawal, Prannoy; Kienemund, Daniel; Walk, Dominik; Matic, Stipo; Bohn, Nicole; Häuser, Kevin; Fink, Thomas; Abrecht, Mike; Bigler, Walter; Binder, Joachim R.; Jakoby, Rolf; Maune, Holger

In: Crystals: open access journal - Basel: MDPI, Bd. 11 (2021), 7, insges. 12 S.

Description of intermodulation generation of nonlinear responses beyond the validity of the power series expansion

Bergmann, F.; Letz, M.; Maune, Holger; Jakob, G.

In: Applied physics letters - Melville, NY: American Inst. of Physics, Bd. 118 (2021), 1, insges. 6 S.

Sintering behavior and electrical properties of the paraelectric/dielectric composite system BST/MBO

Häuser, K.; Azmi, R.; Agrawal, P.; Jakoby, R.; Maune, Holger; Hoffmann, M. J.; Binder, J. R.

In: Journal of the European Ceramic Society/ European Ceramic Society - Amsterdam [u.a.]: Elsevier Science, Bd. 41 (2021), 41, S. 7022-7028

Temperature characterization of liquid crystal dielectric image line phase shifter for millimeter-wave applications

Tesmer, Henning; Razzouk, Rani; Polat, Ersin; Wang, Dongwei; Jakoby, Rolf; Maune, Holger

In: Crystals - Basel: MDPI, Bd. 11 (2021), 1, insges. 14 S.

All-oxide varactor electromechanical properties extracted by highly accurate modeling over a broad frequency and electric bias range

Walk, Dominik; Agrawal, Prannoy; Zeinar, Lukas; Salg, Patrick; Arzumanov, Alexey; Komissinskiy, Philipp; Alff, Lambert; Jakoby, Rolf; Rupitsch, Stefan; Maune, Holger

In: IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control/ Institute of Electrical and Electronics Engineers - New York, NY: IEEE, Bd. 68 (2021), 8, S. 2804-2814

Feasibility of additively manufactured tunable liquid crystal loaded dielectric waveguides

Bachbauer, Felix; Polat, Ersin; Sippel, Mark; Jakoby, Rolf; Vossiek, Martin; Maune, Holger

In: IEEE microwave and wireless components letters/ Institute of Electrical and Electronics Engineers - New York, NY: IEEE, Bd. 31 (2021), 8, S. 973-976

Bandwidth and center frequency reconfigurable waveguide filter based on liquid crystal technology

Kamrath, Fynn; Polat, Ersin; Matic, Stipo; Schuster, Christian; Miek, Daniel; Tesmer, Henning; Boe, Patrick; Wang, Dongwei; Jakoby, Rolf; Maune, Holger; Höft, Michael

In: IEEE journal of microwaves - [New York, NY]: IEEE . - 2021, insges. 11 S.

A compact and fast 1×4 continuously steerable endfire phased-array antenna based on liquid crystal

Wang, Dongwei; Polat, Ersin; Tesmer, Henning; Jakoby, Rolf; Maune, Holger

In: IEEE antennas and wireless propagation letters/ Institute of Electrical and Electronics Engineers - New York, NY: IEEE, Bd. 20 (2021), 10, S. 1859-1862

2020

Begutachteter Zeitschriftenartikel

Ridge Gap Waveguide Based Liquid Crystal Phase Shifter

Nickel, M.; Jimenez-Saez, A.; Agrawal, P.; Gadallah, A.; Malignaggi, A.; Schuster, C.; Reese, T.; Tesmer, H.; Polat, E.; Wang, D.; Schumacher, P.; Jakoby, R.; Kissinger, D.; Maune, H.

In: In: IEEE Access, Bd. 8, S. 77833-77842, 2020

Oxygen diffusion barriers for epitaxial thinfilm heterostructures with highly conducting SrMoO3 electrodes

Salg, P.; Zeinar, L.; Radetinac, A.; Walk, D.; Maune, H.; Jakoby, R.; Alff, L.; Komissinskiy, P.

In: In: Journal of Applied Physics, Bd. 127, 6, S. 065302, 2020

Reconfigurable Millimeter-Wave Components Based on Liquid Crystal Technology for Smart Applications

Polat, E.; Tesmer, H.; Reese, R.; Nickel, M.; Wang, D.; Schumacher, P.; Jakoby, R.; Maune, H.

In: In: Crystals, Bd. 10, 5, S. 346, 2020

Fast Ion Conduction of Sintered Glass-Ceramic Lithium Ion Conductors Investigated by Impedance Spectroscopy and Coaxial Reflection Technique

Samsinger, R. F.; Letz, M.; Schuhmacher, J.; Schneider, M.; Roters, A.; Kienemund, D.; Maune, H.; Kwade, A.

In: The Electrochemical Society, Bd. 167, 14, S. 140510, 2020

Artikel in Kongressband

RF Modeling of Tunable Varactors with Thin Oxide Electrodes

Maune, H.; Walk, D.; Komissinskiy, P.; Alff, L.; Jakoby, R.

In: In: Electronic Materials and Applications, 2020

Slow Wave Inverted Microstrip Line Based on Metallic Nanowire Filled Alumina Membrane

Wang, D.; Nickel, M.; Walk, D.; Jimènez, A.; Polat, E.; Reese, R.; Rehder, G. P.; Serrano, A. L. C.; Gomes, L. G.; Jakoby, P. Ferrari andR.; Maune, H.

In: In: German Microwave Conference (GeMiC), S. 160-163, 2020

Liquid Crystal Based Parallel-Polarized Dielectric Image Guide Phase Shifter at W-Band

Tesmer, H.; Reese, R.; Polat, E.; Jakoby, R.; Maune, H.

In: In: IEEE MTT-S International Microwave Symposium, 2020

Suppression of Acoustic Resonances in All-Oxide Varactors

Walk, D.; Kienemund, D.; Aggrawal, P.; Salg, P.; Zeinar, L.; Komissinskiy, P.; Alff, L.; Jakoby, R.; Maune, H.

In: In: IEEE MTT-S International Microwave Symposium, 2020

Dielectric Image Line Liquid Crystal Phase Shifter at W-Band

Tesmer, H.; Reese, R.; Polat, E.; Jakoby, R.; Maune, H.

In: In: German Microwave Conference (GeMiC), S. 156-159, 2020

Fully Reconfigurable Bandpass with Continuously Tunable Center Frequency and Bandwidth Featuring a Constant Filter Characteristic

Schuster, C.; Kamrath, F.; Miek, D.; Polat, E.; Boe, P.; Frank, L. Pimentel Paes; Kienemund, D.; Jakoby, R.; Maune, H.; Höft, M.

In: In: German Microwave Conference (GeMiC), S. 236-239, 2020

Fully Dielectric Phased Array for Beamsteering Using Liquid Crystal Technology at W-Band

Polat, E.; Reese, R.; Tesmer, H.; Nickel, M.; Jakoby, R.; Maune, H.

In: In: European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), 2020

Kooperationen
  • Dr.-Ing. Gerald Gold, FAU Erlangen-Nürnberg
  • Dr. Joachim R. Binder, Karlsruher Institut für Technologie
  • Dr. Philipp Komissinskiy, TU Darmstadt
  • Electro Optical Systems EOS GmbH
  • Merck KGaA, Darmstadt
  • Prof. Dr. Gustavo Rehder, Universidade de São Paulo
  • Prof. Dr.-Ing. Dietmar Kissinger, Universität Ulm
  • Prof. Dr.-Ing. Gerd Griepentrog, TU Darmstadt
  • Prof. Dr.-Ing. Martin Vossiek, FAU Erlangen-Nürnberg
  • Prof. Dr.-Ing. Rolf Jakoby, Technische Universität Darmstadt
  • Prof. Dr. Lambert Alff, TU Darmstadt
  • Prof. Dr. Matthias Hollick, Technische Universität Darmstadt
  • Prof. Dr. Michael Höft, Universität Kiel
  • Prof. Dr. Philippe Ferrari, Université de Savoie Institut de Microélectronique
  • Schott AG, Mainz
  • Tesat-Spacecom GmbH & Co. KG, Backnang
Profil
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Service
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Vita
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Letzte Änderung: 16.07.2021 - Ansprechpartner: Webmaster