Vektorieller Millimeterwellen-Netzwerkanalysator
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Silicon-based Ultra Compact Cost-Efficient System Design for mmWave-Sensors (SUCCESS): SUCCESS wurde innerhalb des Programms “Design of Semiconductor Components and Electronic Based Miniaturised Systems" von der Europäischen Union von Dezember 2009 bis Mai 2013 finanziert. Ziel des Projekts war die Entwicklung neuer Methoden zur Entwicklung hochintegrierter und miniaturisierter Radarsensoren zur Distanz-, Geschwindigkeit- und Winkelmessung. Dem Zusammenschluss aus 9 Projektpartnern gelang mit der Entwicklung und dem Aufbau des ersten vollständig integrierten und funktionstüchtigen Radarmoduls bei 120 GHz ein Meilenstein im Hinblick auf zukünftige Anwendungsgebiete der Radarsensorik (siehe Pressemitteilung vom KIT: Press Release 138/2012). Der PNA-X wurde im Projekt eingesetzt um einzelne Radarkomponenten und Hochfrequenzverbindungen zu charakterisieren und Materialparameter zu bestimmen. Millilink: Das Projekt »Millilink« wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF im Rahmen der Fördermaßnahme "Breitband-Zugangsnetze der nächsten Generation" unterstützt. Ziel des Projekts war der Aufbau einer kabellosen Point-to-Point Funkstrecke mit einer verwendeten Trägerfrequenz von 240 GHz. Die hohe Trägerfrequenz bringt neben der Miniaturisierung der Komponenten den Vorteil einer hohen verfügbaren absoluten Bandbreite und damit die Möglichkeit bisher verfügbare Datenraten zu übertreffen. Die Charakterisierung von Verstärkerschaltungen und Frequenzvervielfachern wurde mit dem PNA-X und entsprechenden Erweiterungsmodulen für das verwendete Frequenzband durchgeführt. Im Projekt Millilink wurde mit der kabellosen Übertragung über eine Strecke von 1,1 km und einer Datenrate von 40 Gbit/s ein Weltrekord im Bereich der drahtlosen Kommunikation erzielt (siehe Pressemitteilung vom KIT: Press Release 062/2013). Gigabit-Satellitenlinks im Millimeterwellenfrequenzbereich (GISALI): Ziel des für eine Laufzeit von 2 Jahren geplanten Projektes ist die Entwicklung und Realisierung der erforderlichen Soft- und Hardware für die Demonstration einer terrestrischen Richtfunkstrecke mit Datenraten von mindestens 3,3 Gbit/s durch Nutzung des Frequenzbereichs zwischen 71 und 86 GHz. Der PNA-X wurde zur Vermessung (insbesondere der IP3-Punkte) der verwendeten Verstärkerschaltungen verwendet. Advanced E-Band Satellite Link Studies (GISALI-ACcESS): Das Projektvorhaben schließt an die Arbeiten von GISALI an mit dem Ziel, diese in Richtung auf einen satellitengestützten Einsatz zu entwickeln und ihre technische und wirtschaftliche Machbarkeit zu validieren. Ziel ist die Demonstration von >10 Gbit/s Datenraten auf eine Übertragungsdistanz von mehreren Kilometern und erstmalige experimentelle Untersuchung verschiedener klimatischer Einflüsse wie Feuchtigkeit, Nebel oder Wind auf die Übertragung. Der PNA-X wurde zur Vermessung der entwickelten mm-Wellen-Schaltungen aber auch zur Bestimmung der Dämpfung von Radommaterialien unter Einfluss von Feuchtigkeit in den Frequenzbereichen 1 bis 110 GHz und 220 bis 325 GHz eingesetzt. LTCC-Radarsensorik: Ziel des Projekts war die Entwicklung eines neuen Verfahrens zur Messung des Bearbeitungsfortschritts bei der Metallbearbeitung. Kompakte Radarsensoren bei 77 GHz werden eingesetzt um Abstände mikrometergenau zu bestimmen und die Metalloberfläche auf Unebenheiten zu kontrollieren. Der Netzwerkanalysator PNA-X wurde mehrfach verwendet um einzelne Komponenten des Front-Ends über S-Parametermessungen zu charakterisieren. Konzepte für breitbandige, effiziente Leistungsverstärker im Millimeterwellenbereich basierend auf verteilten aktiven Transformatoren: Das Ziel dieses Forschungsvorhabens besteht darin, auf der Basis verteilter aktiver Transformatoren (DAT) in den Verteil- und Anpassnetzwerken des Leistungsverstärkers, die Verluste innerhalb eines monolithisch integrierten Leistungsverstärkers bei Frequenzen oberhalb von 100 GHz zu reduzieren und breitbandiges Verhalten bei Leistungsverstärkern zu ermöglichen. Hierbei liegt der Schwerpunkt auf der Entwicklung von Designtools (voll parametrisierbarer Modelle von DAT Einheitszellen) zum Entwurf DAT basierter Leistungsverstärker. Der PNA-X wird in diesem Projekt verwendet, um passive Transformatorschaltungen und komplette neuartige Verstärkerstrukturen On-Chip zu vermessen. Die Messergebnisse werden zur Erstellung zuverlässiger Simulationsmodelle im Frequenzbereich > 100 GHz verwendet.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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"Ultra wideband D-band antenna integrated in a LTCC based QFN package using a flip-chip interconnect". 2013 European Microwave Conference (EuMC), pp.227,230, 6-10 Oct. 2013
Gottel, B.; Beer, S.; Pauli, M.; Zwick, T.
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"77 GHz CW-radar concept with passive components in LTCC". 2012 42nd European Microwave Conference (EuMC), pp.281,284, Oct. 29 2012-Nov. 1 2012
Rusch, C.; Beer, S.; Zwick, T.; Klein, T.
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"A 130 to 160 GHz broadband power amplifier with binary power splitting topology". 2012 Asia-Pacific Microwave Conference Proceedings (APMC), pp.442,444, 4-7 Dec. 2012
Diebold, S.; Pahl, P.; Goettel, B.; Massler, H.; Tessmann, A.; Leuther, A.; Zwick, T.; Kallfass, I.
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"A D-band phase compensated variable gain amplifier". 2012 Workshop on Integrated Nonlinear Microwave and Millimetre-Wave Circuits (INMMIC), pp.1,3, 3-4 Sept. 2012
Muller, D.; Diebold, S.; Massler, H.; Tessmann, A.; Leuther, A.; Zwick, T.; Kallfass, I.
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"Coplanar 122-GHz Antenna Array With Air Cavity Reflector for Integration in Plastic Packages". IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol.11, no., pp.160,163, 2012
Beer, S.; Gulan, Heiko; Rusch, C.; Zwick, T.
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"Modelling of transistor feeding structures based on electro-magnetic field simulations". 2012 Workshop on Integrated Nonlinear Microwave and Millimetre-Wave Circuits (INMMIC), pp.1,3, 3-4 Sept. 2012
Diebold, S.; Seelmann-Eggebert, M.; Gulan, H.; Leuther, A.; Zwick, T.; Kallfass, I.
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"W- band MMIC radar modules for remote detection of vital signs". 2012 7th European Microwave Integrated Circuits Conference (EuMIC), pp.195,198, 29-30 Oct. 2012
Diebold, S.; Goetzl, D.; Ayhan, S.; Scherr, S.; Pahl, P.; Massler, H.; Tessmann, A.; Leuther, A.; Ambacher, O.; Zwick, T.; Kallfass, I.
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"A 65 – 100 GHz impedance transforming hybrid coupler for a V- /W-band AlGaN/GaN MMIC". 2013 European Microwave Integrated Circuits Conference (EuMIC), pp.412,415, 6-8 Oct. 2013
Pahl, P.; Diebold, S.; Schwantuschke, D.; Wagner, S.; Lozar, R.; Quay, R.; Kallfass, I.; Zwick, T.
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"A 65 – 100 GHz impedance transforming hybrid coupler for a V-/W-band AlGaN/GaN MMIC". 2013 European Microwave Conference (EuMC), pp.1383,1386, 6-10 Oct. 2013
Pahl, P.; Diebold, S.; Schwantuschke, D.; Wagner, S.; Lozar, R.; Quay, R.; Kallfass, I.; Zwick, T.
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"AlGaN/GaN-based variable gain amplifiers for W-band operation". 2013 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest (IMS), pp.1,4, 2-7 June 2013
Diebold, S.; Muller, D.; Schwantuschke, D.; Wagner, S.; Quay, R.; Zwick, T.; Kallfass, I.
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"An Integrated 122-GHz Antenna Array With Wire Bond Compensation for SMT Radar Sensors". IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol.61, no.12, pp.5976,5983, Dec. 2013
Beer, S.; Rusch, C.; Gulan, H.; Gottel, B.; Girma, M.G.; Hasch, J.; Winkler, W.; Debski, W.; Zwick, T.
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"Integrated 122-GHz Antenna on a Flexible Polyimide Substrate With Flip Chip Interconnect". IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol.61, no.4, pp.1564,1572, April 2013
Beer, S.; Gulan, H.; Rusch, C.; Zwick, T.
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"Methoden und Techniken zur Integration von 122 GHz Antennen in miniaturisierten Radarsensoren". Karlsruher Forschungsberichte aus dem Institut für Hochfrequenztechnik und Elektronik (ISSN 1868-4696), Band 70, KIT Scientific Publishing
Beer, S.
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"A Miniaturized Unit Cell for Ultra-Broadband Active Millimeter-Wave Frequency Multiplication". IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol.62, no.6, pp.1343,1351, June 2014
Lewark, U.J.; Diebold, S.; Wagner, S.; Tessmann, A.; Leuther, A.; Zwick, T.; Kallfass, I.
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"Transistor- und Leitungsmodellierung zum Entwurf von monolithisch intefrierten Leistungsverstärkern für den hohen Millimeterwellen-Frequenzbereich". Karlsruher Forschungsberichte aus dem Institut für Hochfrequenztechnik und Elektronik (ISSN 1868-4696), Band 73, KIT Scientific Publishing
Diebold, S.
