Titanate-based paraelectric glass-ceramics for applications in GHz electronics

Das Gebiet der drahtlosen Kommunikationsanwendungen befindet sich in einem permanenten Entwicklungsprozess (Mobilfunkstandards: GSM/UMTS/LTE/5G, glo-bale Navigationssatellitensysteme (GNSS): GPS, GLONASS, Galileo, Beidou) zu immer höheren Datenraten und zunehmender Miniaturisierung, woraus ein hoher Bedarf für neue, optimierte Hochfrequenzmaterialien resultiert. Diese Entwicklung zeigt sich besonders in den letzten Jahren in der zunehmenden Entwicklung und Anzahl von Smartphones, welche verschiedene Technologien mit unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen innerhalb eines Geräts kombinieren (data: 1G-4G, GPS, WLAN, Bluetooth). Die für zukünftige Technologien (z.B. 5G) benötigte Performance-steigerung kann durch die Verwendung von auf MIMO basierenden Antennensystemen realisiert werden (multiple-input & multiple-output, gesteuerte Kombination von mehreren Antennen) für welche auf dielectric Loading basierende Technologien als eine der vielversprechendsten Implementierungslösungen angesehen werden. rnDas Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung einer geeigneten paraelektrischen Glaskeramik ($varepsilon_{r}$ > 20, $Qf$ > 5000 GHz, |$tau_f$| < 20 ppm/K; im GHz Frequenzbe-reich) im $mathrm{La_{2}O_{3}}$-$mathrm{TiO_{2}}$-$mathrm{SiO_{2}}$-$mathrm{B_{2}O_{3}}$-System für auf dielectric Loading basierende Mobilfunkkommunikationstechnologien als Alternative zu existierenden kommerziell genutzten Sinterkeramiken. Der Fokus lag hierbei auf der Frage, wie die makroskopi-schen dielektrischen Eigenschaften der Glaskeramik mit ihrer Mikrostruktur korreliert bzw. modifiziert werden können. Es konnte gezeigt werden, dass die dielektrischen Materialanforderungen durch das untersuchte System erfüllt werden und dass auf Glaskeramik basierende Dielektrika weitere vorteilhafte nichtelektro-nische Eigenschaften gegenüber gesinterten Keramiken besitzen, womit dielektrische Glaskeramiken durchaus als geeignete Alternative angesehen werden können. rnEin stabiles Grünglas mit minimalen Glasbildneranteil wurde entwickelt und die chemische Zusammensetzung bezüglich Entglasung und Redoxinstabilitäten optimiert. Geeignete Dotierungen für dielektrisch verlustarme $mathrm{TiO_{2}}$-haltige Glaskeramiken wurden identifiziert.rnDer Einfluss der Schmelzbedingungen auf die Keimbildung wurde untersucht und der Keramisierungsprozess auf einen maximalen Anteil der gewünschten Kristallphasen optimiert um optimale dielektrische Eigenschaften zu erhalten. Die mikroskopische Struktur der Glaskeramiken wurde analysiert und ihr Einfluss auf die makroskopischen dielektrischen Eigenschaften bestimmt. Die Hochfrequenzverlustmechanismen wurden untersucht und Antennen-Prototypenserien wurden analysiert um die Eignung von auf Glaskeramik basierenden Dielektrika für die Verwendung in dielectric Loading Anwendungen zu zeigen.

Flugzeuggetragene in-situ Messungen zur Eis- und Flüssigphase troposphärischer Wolken

Die Mikrophysik in Wolken bestimmt deren Strahlungseigenschaften und beeinflusst somit auch den Strahlungshaushalt des Planeten Erde. Aus diesem Grund werden im Rahmen der vorliegenden Arbeit die mikrophysikalischen Charakteristika von Cirrus-Wolken sowie von arktischen Grenzschicht-Wolken behandelt. Die Untersuchung dieser Wolken wurde mithilfe verschiedener Instrumente verwirklicht, welche Partikel in einem Durchmesserbereich von 250nm bis zu 6.4mm vermessen und an Forschungsflugzeugen montiert werden. Ein Instrumentenvergleich bestätigt, dass innerhalb der Bereiche in denen sich die Messungen dieser Instrumente überlappen, die auftretenden Diskrepanzen als sehr gering einzustufen sind. Das vorrangig verwendete Instrument trägt die Bezeichnung CCP (Cloud Combination Probe) und ist eine Kombination aus einem Instrument, das Wolkenpartikel anhand von vorwärts-gerichtetem Streulicht detektiert und einem weiteren, das zweidimensionale Schattenbilder einzelner Wolkenpartikel aufzeichnet. Die Untersuchung von Cirrus-Wolken erfolgt mittels Daten der AIRTOSS-ICE (AIRcraft TOwed Sensor Shuttle - Inhomogeneous Cirrus Experiment) Kampagne, welche im Jahr 2013 über der deutschen Nord- und Ostsee stattfand. Parameter wie Partikeldurchmesser, Partikelanzahlkonzentration, Partikelform, Eiswassergehalt, Wolkenhöhe und Wolkendicke der detektierten Cirrus-Wolken werden bestimmt und im Kontext des aktuellen Wissenstandes diskutiert. Des Weiteren wird eine beprobte Cirrus-Wolke im Detail analysiert, welche den typischen Entwicklungsprozess und die vertikale Struktur dieser Wolkengattung widerspiegelt. Arktische Grenzschicht-Wolken werden anhand von Daten untersucht, die während der VERDI (VERtical Distribution of Ice in Arctic Clouds) Kampagne im Jahr 2012 über der kanadischen Beaufortsee aufgezeichnet wurden. Diese Messkampagne fand im Frühling statt, um die Entwicklung von Eis-Wolken über Mischphasen-Wolken bis hin zu Flüssigwasser-Wolken zu beobachten. Unter bestimmten atmosphärischen Bedingungen tritt innerhalb von Mischphasen-Wolken der sogenannte Wegener-Bergeron-Findeisen Prozess auf, bei dem Flüssigwassertropfen zugunsten von Eispartikeln verdampfen. Es wird bestätigt, dass dieser Prozess anhand von mikrophysikalischen Messungen, insbesondere den daraus resultierenden Größenverteilungen, nachweisbar ist. Darüber hinaus wird eine arktische Flüssigwasser-Wolke im Detail untersucht, welche im Inneren das Auftreten von monomodalen Tröpfchen-Größenverteilungen zeigt. Mit zunehmender Höhe wachsen die Tropfen an und die Maxima der Größenverteilungen verschieben sich hin zu größeren Durchmessern. Dahingegen findet im oberen Übergangsbereich dieser Flüssigwasser-Wolke, zwischen Wolke und freier Atmosphäre, ein Wechsel von monomodalen zu bimodalen Tröpfchen-Größenverteilungen statt. Diese weisen eine Mode 1 mit einem Tropfendurchmesser von 20μm und eine Mode 2 mit einem Tropfendurchmesser von 10μm auf. Das dieses Phänomen eventuell typisch für arktische Flüssigwasser-Wolken ist, zeigen an dem Datensatz durchgeführte Analysen. Mögliche Entstehungsprozesse der zweiten Mode können durch Kondensation von Wasserdampf auf eingetragenen Aerosolpartikeln, die aus einer Luftschicht oberhalb der Wolke stammen oder durch Wirbel, welche trockene Luftmassen in die Wolke induzieren und Verdampfungsprozesse von Wolkentröpfchen hervorrufen, erklärt werden. Unter Verwendung einer direkten numerischen Simulation wird gezeigt, dass die Einmischung von trockenen Luftmassen in den Übergangsbereich der Wolke am wahrscheinlichsten die Ausbildung von Mode 2 verursacht.

A simple, economical, and effective portable paediatric mock circulatory system

Ventricular assist devices (VADs) and total artificial hearts have been in development for the last 50 years. Since their inception, simulators of the circulation with different degrees of complexity have been produced to test these devices in vitro. Currently, a new path has been taken with the extensive efforts to develop paediatric VADs, which require totally different design constraints. This paper presents the manufacturing details of an economical simulator of the systemic paediatric circulation. This simulator allows the insertion of a paediatric VAD, includes a pumping ventricle, and is adjustable within the paediatric range. Rather than focusing on complexity and physiological simulation, this simulator is designed to be simple and practical for rapid device testing. The simulator was instrumented with medical sensors and data were acquired under different conditions with and without the new PediaFlowTM paediatric VAD. The VAD was run at different impeller speeds while simulator settings such as vascular resistance and stroke volume were varied. The hydraulic performance of the VAD under pulsatile conditions could be characterized and the magnetic suspension could be tested via manipulations such as cannula clamping. This compact mock loop has proven to be valuable throughout the PediaFlow development process and has the advantage that it is uncomplicated and can be manufactured cheaply. It can be produced by several research groups and the results of different VADs can then be compared easily.

Industrial Restructuring in the Budapest agglomeration

The major 'motor' of the recent Hungarian industrial development has been foreign direct investment, particularly by multinational companies. This has stimulated the development process, as shown by the dynamism of production, exports and profitability of industry in Budapest. On the other hand, this has also led to a split of the industrial sphere into its foreign and domestic sections, or into foreign-owned companies and domestic SMEs. The major question asked in this project is where is Hungarian industry heading and will the gap between the contracting domestic part and the foreign multinationals continue to widen or will they be joined in a much more favourable scenario. Barta sees this as a question of whether Hungary can avoid the 'dead-end street' of South Asian industrialising countries, and instead move towards a new Eastern European or Hungarian model. He concludes that Budapest industry does not follow any given model and indeed its development probably cannot be seen as a 'model' proper in itself, but is, or will be, a mixture of different elements. This would be a welcome fusion of Hungary's rich human resources of accumulated knowledge with foreign direct investment. Budapest would play an exceptional role in such a process, as the gateway for foreign output to the rest of the country. The share of industry in the Budapest economy will continue to decrease, but it will become a more modern and profitable sector. It will also fulfil a technological transfer role between the developed world and the Hungarian countryside (or even a larger region of central and eastern Europe). Barta predicts that Budapest industry will develop a special structure, with a large subcontractor network supporting the large foreign enterprises, and alongside this industrial districts formed by SMEs.

No surgical innovation without evaluation: the IDEAL recommendations

Surgery and other invasive therapies are complex interventions, the assessment of which is challenged by factors that depend on operator, team, and setting, such as learning curves, quality variations, and perception of equipoise. We propose recommendations for the assessment of surgery based on a five-stage description of the surgical development process. We also encourage the widespread use of prospective databases and registries. Reports of new techniques should be registered as a professional duty, anonymously if necessary when outcomes are adverse. Case series studies should be replaced by prospective development studies for early technical modifications and by prospective research databases for later pre-trial evaluation. Protocols for these studies should be registered publicly. Statistical process control techniques can be useful in both early and late assessment. Randomised trials should be used whenever possible to investigate efficacy, but adequate pre-trial data are essential to allow power calculations, clarify the definition and indications of the intervention, and develop quality measures. Difficulties in doing randomised clinical trials should be addressed by measures to evaluate learning curves and alleviate equipoise problems. Alternative prospective designs, such as interrupted time series studies, should be used when randomised trials are not feasible. Established procedures should be monitored with prospective databases to analyse outcome variations and to identify late and rare events. Achievement of improved design, conduct, and reporting of surgical research will need concerted action by editors, funders of health care and research, regulatory bodies, and professional societies.

Language Boxes: Bending the Host Language with Modular Language Changes

As domain-specific modeling begins to attract widespread acceptance, pressure is increasing for the development of new domain-specific languages. Unfortunately these DSLs typically conflict with the grammar of the host language, making it difficult to compose hybrid code except at the level of strings; few mechanisms (if any) exist to control the scope of usage of multiple DSLs; and, most seriously, existing host language tools are typically unaware of the DSL extensions, thus hampering the development process. Language boxes address these issues by offering a simple, modular mechanism to encapsulate (i) compositional changes to the host language, (ii) transformations to address various concerns such as compilation and highlighting, and (iii) scoping rules to control visibility of language extensions. We describe the design and implementation of language boxes, and show with the help of several examples how modular extensions can be introduced to a host language and environment.

Comparative Analysis of Evolving Software Systems Using the Gini Coefficient

Software metrics offer us the promise of distilling useful information from vast amounts of software in order to track development progress, to gain insights into the nature of the software, and to identify potential problems. Unfortunately, however, many software metrics exhibit highly skewed, non-Gaussian distributions. As a consequence, usual ways of interpreting these metrics --- for example, in terms of "average" values --- can be highly misleading. Many metrics, it turns out, are distributed like wealth --- with high concentrations of values in selected locations. We propose to analyze software metrics using the Gini coefficient, a higher-order statistic widely used in economics to study the distribution of wealth. Our approach allows us not only to observe changes in software systems efficiently, but also to assess project risks and monitor the development process itself. We apply the Gini coefficient to numerous metrics over a range of software projects, and we show that many metrics not only display remarkably high Gini values, but that these values are remarkably consistent as a project evolves over time.

VirtualMesh: An Emulation Framework for Wireless Mesh Networks in OMNeT++

Wireless Mesh Networks (WMN) have proven to be a key technology for increased network coverage of Internet infrastructures. The development process for new protocols and architectures in the area of WMN is typically split into evaluation by network simulation and testing of a prototype in a test-bed. Testing a prototype in a real test-bed is time-consuming and expensive. Irrepressible external interferences can occur which makes debugging difficult. Moreover, the test-bed usually supports only a limited number of test topologies. Finally, mobility tests are impractical. Therefore, we propose VirtualMesh as a new testing architecture which can be used before going to a real test-bed. It provides instruments to test the real communication software including the network stack inside a controlled environment. VirtualMesh is implemented by capturing real traffic through a virtual interface at the mesh nodes. The traffic is then redirected to the network simulator OMNeT++. In our experiments, VirtualMesh has proven to be scalable and introduces moderate delays. Therefore, it is suitable for predeployment testing of communication software for WMNs.

High-Level Modeling of Multimodal Interaction Techniques Using NiMMiT

The past few years, multimodal interaction has been gaining importance in virtual environments. Although multimodality renders interacting with an environment more natural and intuitive, the development cycle of such an application is often long and expensive. In our overall field of research, we investigate how modelbased design can facilitate the development process by designing environments through the use of highlevel diagrams. In this scope, we present ‘NiMMiT’, a graphical notation for expressing and evaluating multimodal user interaction; we elaborate on the NiMMiT primitives and demonstrate its use by means of a comprehensive example.

Turkey. A Generalist Approach in Social Work Education

A global review of social work education reveals considerable similarity among countries as well as significant differences. Historically, programs of social work education are informed by humanistic values and encompass knowledge of social problems, an understanding of individuals and their environment in interaction, and method of intervention into social and human difficulties. At the same time, structure of social work within the educational system and the length of training vary considerably from country to country. There is no serious international standards' setting for social work education, programs, educators and students around the world. Education programs exist at differing levels of education and for differing periods of time. There are no worldwide data on the number and qualifications of teachers of social work, the number and characteristics of social work students, variations in curricula and type of practicum (Hokeenstad and Kendall, 2001; Hokenstad, Midgley, 1998). North American and European models have had a major influence on social work educational programs in most parts of the world, especially developing countries. Still, the amount of western influence on social work education in developing countries is an issue that continues to be discussed (Hockenstad, Khinduka and Midgley, 1992; Frumkin, Lloyd, 2001). The programs in practice in Europe and North America have influenced the implementation of social work education programs. In recent years this influence has had a big part in the acceptance of the generalist approach. It is very important that social work education programs must be planned in accordance with the social structure and the development process of the society. Because of this, information on the social indicators and social welfare services will be given first then social work education will be stressed upon.

Auslegung, Konstruktion und Fertigung von strömungsmechanischen Funktionsprototypen mittels Rapid Manufacturing

Bei der Fertigung von Funktionsbauteilen für Strömungsversuche spielt das Design und die Komplexität der Bauteilgeometrie eine wesentliche Rolle. Ziel der interdisziplinären Zusammenarbeit der Lehrstühle Strömungsmaschinen, Rechnereinsatz in der Konstruktion und Fertigungstechnik mit dem Rapid Technology Center (RTC) an der Universität Duisburg-Essen ist es, das Potenzial der additiven Fertigungsverfahren bei der Herstellung von Funktionsprototypen für strömungsmechanische Anwendungen effektiv zu nutzen. An verschiedenen, auf dieser Kooperation beruhenden, Best Practise Beispielen wird gezeigt wie das Laser-Sintern in die Prozesskette zur Herstellung von Laufrädern u. Ä. in unterschiedlichen Größenordnungen integriert werden kann. In diesem Zusammenhang werden auch die Vorüberlegungen (z. B. durch Simulation), Wechselwirkungen und Folgeprozesse, die mit dieser Fertigungstechnologie verbunden sind, aufgezeigt.

Auslegung, Konstruktion und Fertigung von strömungsmechanischen Funktionsprototypen mittels Rapid Manufacturing

Bei der Fertigung von Funktionsbauteilen für Strömungsversuche spielt das Design und die Komplexität der Bauteilgeometrie eine wesentliche Rolle. Ziel der interdisziplinären Zusammenarbeit der Lehrstühle Strömungsmaschinen, Rechnereinsatz in der Konstruktion und Fertigungstechnik mit dem Rapid Technology Center (RTC) an der Universität Duisburg-Essen ist es, das Potenzial der additiven Fertigungsverfahren bei der Herstellung von Funktionsprototypen für strömungsmechanische Anwendungen effektiv zu nutzen. An verschiedenen, auf dieser Kooperation beruhenden, Best Practise Beispielen wird gezeigt wie das Laser-Sintern in die Prozesskette zur Herstellung von Laufrädern u. Ä. in unterschiedlichen Größenordnungen integriert werden kann. In diesem Zusammenhang werden auch die Vorüberlegungen (z. B. durch Simulation), Wechselwirkungen und Folgeprozesse, die mit dieser Fertigungstechnologie verbunden sind, aufgezeigt.

Autorenwerkzeuge für digitale, multimediale und interaktive Lernbausteine im Web 2.0

Die vorliegende Forschungsarbeit siedelt sich im Dreieck der Erziehungswissenschaften, der Informatik und der Schulpraxis an und besitzt somit einen starken interdisziplinären Charakter. Aus Sicht der Erziehungswissenschaften handelt es sich um ein Forschungsprojekt aus den Bereichen E-Learning und Multimedia Learning und der Fragestellung nach geeigneten Informatiksystemen für die Herstellung und den Austausch von digitalen, multimedialen und interaktiven Lernbausteinen. Dazu wurden zunächst methodisch-didaktische Vorteile digitaler Lerninhalte gegenüber klassischen Medien wie Buch und Papier zusammengetragen und mögliche Potentiale im Zusammenhang mit neuen Web 2.0-Technologien aufgezeigt. Darauf aufbauend wurde für existierende Autorenwerkzeuge zur Herstellung digitaler Lernbausteine und bestehende Austauschplattformen analysiert, inwieweit diese bereits Web 2.0-Technologien unterstützen und nutzen. Aus Sicht der Informatik ergab sich aus der Analyse bestehender Systeme ein Anforderungsprofil für ein neues Autorenwerkzeug und eine neue Austauschplattform für digitale Lernbausteine. Das neue System wurde nach dem Ansatz des Design Science Research in einem iterativen Entwicklungsprozess in Form der Webapplikation LearningApps.org realisiert und stetig mit Lehrpersonen aus der Schulpraxis evaluiert. Bei der Entwicklung kamen aktuelle Web-Technologien zur Anwendung. Das Ergebnis der Forschungsarbeit ist ein produktives Informatiksystem, welches bereits von tausenden Nutzern in verschiedenen Ländern sowohl in Schulen als auch in der Wirtschaft eingesetzt wird. In einer empirischen Studie konnte das mit der Systementwicklung angestrebte Ziel, die Herstellung und den Austausch von digitalen Lernbausteinen zu vereinfachen, bestätigt werden. Aus Sicht der Schulpraxis liefert LearningApps.org einen Beitrag zur Methodenvielfalt und zur Nutzung von ICT im Unterricht. Die Ausrichtung des Werkzeugs auf mobile Endgeräte und 1:1-Computing entspricht dem allgemeinen Trend im Bildungswesen. Durch die Verknüpfung des Werkzeugs mit aktuellen Software-Entwicklungen zur Herstellung von digitalen Schulbüchern werden auch Lehrmittelverlage als Zielgruppe angesprochen.

Moodle & Co. auf dem Weg zur Personal Learning Environment

Ausgehend von der typischen IT‐Infrastruktur für E‐Learning an Hochschulen auf der einen Seite sowie vom bisherigen Stand der Forschung zu Personal Learning Environments (PLEs) auf der anderen Seite zeigt dieser Beitrag auf, wie bestehende Werkzeuge bzw. Dienste zusammengeführt und für die Anforderungen der modernen, rechnergestützten Präsenzlehre aufbereitet werden können. Für diesen interdisziplinären Entwicklungsprozess bieten sowohl klassische Softwareentwicklungsverfahren als auch bestehende PLE‐Modelle wenig Hilfestellung an. Der Beitrag beschreibt die in einem campusweiten Projekt an der Universität Potsdam verfolgten Ansätze und die damit erzielten Ergebnisse. Dafür werden zunächst typische Lehr‐/Lern‐bzw. Kommunikations‐Szenarien identifiziert, aus denen Anforderungen an eine unterstützende Plattform abgeleitet werden. Dies führt zu einer umfassenden Sammlung zu berücksichtigender Dienste und deren Funktionen, die gemäß den Spezifika ihrer Nutzung in ein Gesamtsystem zu integrieren sind. Auf dieser Basis werden grundsätzliche Integrationsansätze und technische Details dieses Mash‐Ups in einer Gesamtschau aller relevanten Dienste betrachtet und in eine integrierende Systemarchitektur überführt. Deren konkrete Realisierung mit Hilfe der Portal‐Technologie Liferay wird dargestellt, wobei die eingangs definierten Szenarien aufgegriffen und exemplarisch vorgestellt werden. Ergänzende Anpassungen im Sinne einer personalisierbaren bzw. adaptiven Lern‐(und Arbeits‐)Umgebung werden ebenfalls unterstützt und kurz aufgezeigt.

Real-Time Passive Capturing of the GSM Radio

This paper addresses the problem of service development based on GSM handset signaling. The aim is to achieve this goal without the participation of the users, which requires the use of a passive GSM receiver on the uplink. Since no tool for GSM uplink capturing was available, we developed a new method that can synchronize to multiple mobile devices by simply overhearing traffic between them and the network. Our work includes the implementation of modules for signal recovery, message reconstruction and parsing. The method has been validated against a benchmark solution on GSM downlink and independently evaluated on uplink channels. Initial evaluations show up to 99% success rate in message decoding, which is a very promising result. Moreover, we conducted measurements that reveal insights on the impact of signal power on the capturing performance and investigate possible reactive measures.