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Millimeterwellen-Messungen Wie modulare Extender die Frequenzgrenzen von VNAs verschieben

Von Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter 2 min Lesedauer

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Telemeter Electronic GmbH

Wie lässt sich die Frequenzgrenze von Vektor-Netzwerkanalysatoren ohne kompletten Systemneukauf jenseits von 150 Gigahertz verschieben? Modulare Frequency-Extension-Module erweitern bestehende VNA-Infrastrukturen vom V-Band bis ins F-Band. Worauf Entwickler bei Hohlleiter-Messaufbauten, Kalibrierung und Pegelkontrolle achten sollten.

Die Frequency-Extension-Module erweitern bestehende VNA-Infrastrukturen. (Bild: Telemeter)
Die Frequency-Extension-Module erweitern bestehende VNA-Infrastrukturen.
(Bild: Telemeter)

Mit dem Vormarsch von Millimeterwellen-Anwendungen wie Automotive-Radar bei 77 GHz, hochfrequenter Sensorik oder künftigen Kommunikationsstandards steigen die Anforderungen an die Messtechnik im Labor massiv. Klassische Koaxialkabel stoßen bei Frequenzen ab 50 GHz physikalisch an ihre Grenzen, da Dämpfung und Phasenfehler stark zunehmen. Um Vektor-Netzwerkanalysatoren für diese Frequenzregionen fit zu machen, setzen Entwickler auf sogenannte Frequency-Extension-Module.

Hersteller wie Telemeter Electronic bieten modulare und skalierbare Produktfamilien an. Die bestehende VNA-Systeme, wie die Geräte der A-Serie von Copper Mountain, lassen sich nach Herstellerangaben nahtlos in höhere Frequenzbereiche erweitern. Der modulare Ansatz beginnt beim CobaltFx FET-WR15 für das V-Band von 50 bis 75 GHz und deckt über weitere Stufen wie den FET-WR12 (60 bis 90 GHz), den FET-WR10 (75 bis 110 GHz) und den FET-WR08 (90 bis 140 GHz) bis hin zum FET-WR06 (110 bis 170 GHz) ein breites Spektrum ab.

Die physikalische Hürde bei einem Hohlleiter

Ab dem V-Band und weiter aufsteigend im F-Band erfolgt die Signalübertragung nicht mehr über flexible Koaxialleitungen, sondern über Hohlleiter (Waveguides). Hier stellt sich im Messalltag vor allem das Problem der Kalibrierung sowie der mechanischen Präzision. Da bereits kleinste Fertigungstoleranzen am Flansch zu Reflexionen und Messunsicherheiten führen, setzen solche Systeme auf mechanisch und elektrisch stabile Verbindungen wie präzise Proxi-Flange-Technologien, um eine hohe Wiederholbarkeit sicherzustellen.

Kontrolle über Pegel und Leistung

Ein weiterer entscheidender Faktor für den Entwickler ist die Kontrolle über das Testsignal. Bei der Charakterisierung aktiver Bauteile oder Leistungskomponenten im Millimeterwellen-Band ist eine exakte Dämpfung und Leistungsanpassung essenziell, um den Prüfling nicht zu übersteuern oder zu beschädigen. Entsprechende Extender-Systeme begegnen dieser Anforderung durch integrierte Attenuatoren, also steuerbare Dämpfungsglieder, welche die Ausgangsleistung flexibel regulieren. Für Applikationen mit erhöhtem Leistungsbedarf stehen zudem spezielle High-Power-Varianten bereit.

Für Entwicklungsabteilungen bietet dieser modulare Aufbau den Vorteil, dass bestehende VNA-Investitionen flexibel mitwachsen können, statt für jedes neue Frequenzband ein komplett neues Messsystem anschaffen zu müssen. Damit lässt sich die Testumgebung gezielt für anspruchsvolle Antennen-, Radar- und Materialmessungen skalieren. (heh)

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