4-2019

April 4/2019 Jahrgang 24
HF- und
Mikrowellentechnik
MEMS-basierte Taktgeber
Die quarzlose Alternative
WDI AG, Seite 26

LTCC
WIDEBAND
XFORMERS & BALUNS
240 MHz-18 GHz
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■ Power Handling up to 3W
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Editorial
50 Jahre Internet
Autor:
Ing. Frank Sichla
hf-praxis
Heutzutage wissen viele Nutzer
gar nicht mehr, dass Internet
und World Wide Web nicht
dasselbe sind. Denn das Internet
wurde schon 1969, also vor 50
Jahren, vom US-Verteidigungsministerium
geschaffen und
vereinte zunächst nur vernetzte
Großrechner von Universitäten,
Behörden und Forschungseinrichtungen.
Die Öffnung dieser
Netze für weitere Teilnehmer
sowie der Kommunikation
zwischen verschiedenen Netzen
standen aber permanent auf der
Tagesordnung. Doch erst 1982
war diese Hürde genommen:
Das US-Militär stellte das TCP/
IP vor und erklärte es zum internen
Standard für die Datenkommunikation.
Um 1990 erfand dann der Brite
Tim Berner-Lee am CERN, dem
europäischen Kernforschungszentrum
in der Schweiz, das
World Wide Web: Berner-Lee
entwickelte das Hypertext Transfer
Protocol (HTTP) und die
Hyperlinks, die es ermöglichen,
über Browser-Software schnell
und bequem auf die Inhalte des
Internets zuzugreifen. So wurde
das World Wide Web möglich,
das Netz zur kommerziellen
und privaten Nutzung des Internets.
An der nach wie vor gültigen
Struktur einer URL http://
www... ist erkennbar, dass URLs
ursprünglich nur für den internen
Gebrauch durch einige Wissenschaftler
konzipiert und nicht für
den Massengebrauch optimiert
wurden. Für die beiden Schrägstriche
hat sich Berners-Lee später
sogar entschuldigt, weil es
keinen Grund für ihre Einführung
gegeben habe...
1997 wurde der WAP-1.0-Standard
veröffentlicht. Dadurch
konnte man vom Handy aus auf
das Internet zugreifen, zunächst
zu teilweise sehr hohen Kosten.
Durch die Weiterentwicklung
der Handys, der Erhöhung der
Übertragungsgeschwindigkeit
sowie die mögliche Senkung der
Tarife erhielt seit etwa 2010 das
„Internet am Handy“ eine neue
Bedeutung.
Heute ist das Internet Teil des
täglichen Lebens. Es bietet
traumhafte Informations- und
Kommunikationsmöglichkeiten,
hat die Unterhaltungsindustrie
umgekrempelt und ist ein weltumspannender
Handelsplatz für
Waren und Dienstleistungen
aller Art. Vor wenigen Jahren
war diese Entwicklung in ihrer
Wucht noch nicht abzusehen.
Sie ist durchaus auch problematisch,
schaut man auf die monopolartigen
Stellungen der größten
Player, das Unvermögen der
Politik, deren gerechte Besteuerung
herbeizuführen oder die
bitteren Folgen für die traditionellen
Ladengeschäfte.
Derzeit nimmt das Internet of
Things Fahrt auf. Es bedeutet
im Wesentlichen die Vernetzung
eines Haushalts oder Unternehmens
und seine Anbindung an
das Internet. Der Ursprung liegt
im Auto-ID Center am Massachusetts
Institute of Technology
(MIT). Hier sprach man
1999 zum ersten Mal vom IoT,
als eine firmenübergreifende
RFID-Infrastruktur (Radio Frequency
Identification, Identifizierung
mithilfe von Funkwellen)
entworfen wurde. Der
damalige Leiter des Centers,
Kevin Ashton, verwendete den
Ausdruck, um das Prinzip zu
erklären. Seine Vision: Computer
sollen in der Lage sein,
sich unabhängig vom Menschen
Informationen zu beschaffen.
Die reale Welt muss für die PCs
zugänglich sein – ohne Zutun
der Menschen. Und genau dies
wurde über die letzten Jahre ermöglicht.
◄
Oszillatoren, Filter
und Quarze
für Anwendungen im Bereich
Kommunikation, Industrie,
Militär, Automotive und
Raumfahrt
Stratum 3/3E
VCXO/VCSOO
MEMS
TCXO
OCXO
EMXO
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Quarz
Oszillatoren
municom GmbH
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Filter
Technische Beratung und Distribution
hf-praxis 4/2019 3

Inhalt 4/2019
Titelstory:
Die quarzlose Alternative: MEMS-basierte
Taktgeber
Seit Jahrzehnten sorgen quarzbasierte Oszillatoren als
Taktgeber für stabile Frequenzen. Neue Möglichkeiten
eröffnen MEMS-basierte Taktgeber 26
Schwerpunkt Quarze und Oszillatoren:
Produkte und Artikel zum Thema: „Quarze und
Oszillatoren“ ab Seite 8
Silizium-MEMS als
Taktgenerator &
Zeitreferenz
Takt-Quarzoszillatoren
werden mehr und mehr
von MEMS-Oszillatoren
verdrängt. Warum bringen
diese Vorteile und was
sollte man bei ihrem
Einsatz beachten? 22
HF-Technik:
RMS-Leistungsmesser für 100 MHz bis 40 GHz
Mit dem Baustein LTC5596 von Analog Devices lässt sich ein
breitbandiger Leistungsmesser im Handheld-Format oder auch für
den direkten Einbau in eine Schaltung realisieren 30
Elektromechanik:
Hohlleiter-Koax-
Adapter zur
verlustarmen
Übertragung
Rosenberger hat ein Produktspektrum
an Hohlleiter-Koax-Adaptern
entwickelt, die zur verlustarmen
Übertragung
zwischen Hohlleiter und
Koax-Steckverbinder eingesetzt
werden. 54
MEMS-
Oszillatoren
erobern den Markt
der OCXOs
Zukünftig werden
OCXOs für das aufkommende
5G und die IEEE-
1588-Synchronisationsapplikationen,
die einsatzkritische
Dienste,
wie autonomes Fahren
unterstützen, essentiell
sein. 18
4 hf-praxis 4/2019

5G und IoT:
5G: Wundermittel
oder Utopie für IoT-
Konnektivität?
Mit dem Aufbau des 5G-Netzes
und dem wachsenden Internet
der Dinge wird rund um den
Globus zunehmend alles
vernetzt. Dank 5G wird in
nicht allzu ferner Zukunft eine
Hochgeschwindigkeitsverbindung
für alle verfügbar sein –
ausreichende Netzabdeckung
vorausgesetzt. 43
RF & Wireless ab Seite 62:
Distributed Antenna System (DAS) for IoT, Cellular and
other Wireless Applications
The Internet of Things (IoT) has continued to grow at a rapid rate in recent years.
With the connectivity of cellular devices, computers, vehicles, buildings, sensors,
and more electronics, it’s more important than ever that these devices are able to
connect, communicate and meet the needs that users covet. 66
Messtechnik ab Seite 45:
Sicherheitsisolierte CAN-FD-
Transceiver für Netzwerke mit
12 MBit/s
Anwender, denen es auf niedriges
Phasenrauschen, hohe Empfindlichkeit
und große Analysebandbreite ankommt,
profitieren von den Vorteilen des R&S FSV
40N, der US-Navy-Version des R&S FSV 40,
insbesondere bei Messungen bis 40 GHz. 48
hf-praxis 4/2019 5

Aktuelles
25. Hightech auf dem Olympiaturm
erforderlich. Mehr zu Programm
und Anmeldung finden Sie unter
www.olyturm.de.
Am 15. und 16. Mai 2019 (Mittwoch
und Donnerstag) jährt sich
die Fachveranstaltung „Hightech
auf dem Olympiaturm“ zum 25.
mal. Auch auf der Jubiläumsveranstaltung
stehen Produktneuheiten,
Fachvorträge und interessanten
Gespräche im Fokus.
Als Veranstalterin präsentiert
die Meilhaus Electronic GmbH
eine hochkarätige Auswahl ausstellender
Firmen und durch
Distributoren vertretene Firmen,
darunter B+K Precision, Bürklin
Elektronik, Ceyear, erfi, GMC-I
Messtechnik Gossen Metrawatt,
Keysight Technologies, Kniel
System-Electronic, MCD Elektronik,
Pickering Interfaces, Pico
Technology, Plig-in Electronic,
Rigol und als neuen Aussteller
Siglent. Für Fachgespräche mit
Experten ist das Drehrestaurants
„181 Business“ mit Panoramablick
auf die Landeshauptstadt
München vorgesehen. Für Besucher
ist die Teilnahme kostenfrei,
eine Voranmeldung ist jedoch
Das Premium-Messtechnik-
Event hat sich über die Jahre zu
einem Dauerbrenner entwickelt
und ist bei Ausstellern und Besuchern
gleichermaßen beliebt. Die
25. Hightech auf dem Olympiaturm
vereint Technologie-Vorträge,
Branchentreff und Networking
mit Live-Präsentationen
und Applikationen aus der
Praxis. Im Fokus der Veranstaltung
stehen Produktneuheiten,
Trends und neue Technologien
in der Mess- und Prüftechnik, der
Automation und Interface-Technik,
im Bereich Embedded-PC,
IoT/IIoT, Highend-HF-Messtechnik,
Industrie 4.0 und vieles
mehr. Der außerordentlich gute
Erfolg, den die Veranstaltung
bei Anwendern wie Technikern,
Ingenieuren oder auch Studenten
genießt, zeigt sich besonders in
der hohen Teilnehmerfrequenz.
Die Fachvorträge finden an
beiden Ausstellungs tagen statt,
ebenso die Vorstellung neuer
Produkte. Jeder Fachbesucher
und Zuhörer der Technologie-
Vorträge erhält auf Wunsch ein
ME-Olympiaturm-Diplom als
Zertifikat für die Teilnahme.
Hoch über den Dächern von
München lädt die „Hightech auf
dem Olympiaturm“ zum intensiven
Fachgespräch und Sammeln
neuer Ideen und Lösungen
ein – ohne die auf Großmessen
sonst so häufige Hektik, dafür
mit ausführlicher Information
von ausgesuchten Ausstellern.
Fachvorträge kommen von
von GMC-I Messtechnik Gossen
Metrawatt, Kniel System-
Electronic, Keysight Technologies,
erfi, Rigol, Meilhaus
Electronic, Pico Technology,
MCD Elektronik, Pickering
Interfaces, Siglent und B+K
Precision.
■ Meilhaus Electronic GmbH
www.meilhaus.com
Neue satellitenbasierte Frequenzreferenz
Beim FS752 handelt es sich um einen
GNSS-synchronisierten Zeit- und Frequenzstandard.
Der eingebaute Empfänger
verfolgt jede der vier wichtigsten
GNSS-Systeme GPS (USA), Galileo (EU),
Glonass (Russland) und Beiduu (China).
Es sind Indoor- und Outdoor-Antennen
als Zubehör lieferbar.
Das Gerät besitzt exzellente Eigenschaften
bzgl. Phasenrauschen, Allan Varianz
(Kurzzeitstabilität) und Alterungscharakteristik.
Es verfügt intern über einen
Doppelofen-Oszillator (OCXO) mit
einem Phasenrauschen von weniger als
-125 dBc/Hz bei einem Offset von 10 Hz.
Dies macht den Standard ideal für präzise
Timing-Anwendungen, Netzwerksynchronisationen,
Telekommunikation und
GPS-Navigation sowie Ultraschall- und
Radaranwendungen. Als Referenzoszillator
im Labor ist das Gerät auf bis zu
13 10-MHz-Ausgänge oder zehn 1-pps-
Ausgänge erweiterbar. Standardmäßig
sind fünf 10-MHz-Ausgänge und zwei
1-pps-Ausgänge (pulse per second) eingebaut.
Die Langzeitstabilität entspricht
der Spezifikation des nachverfolgten
GNSS-Systems.
■ SI Scientific Instruments GmbH
www.si-gmbh.de
6 hf-praxis 4/2019

HF- und
Mikrowellentechnik
Schwerpunkt in diesem Heft:
Quarze und Oszillatoren
E-Serie Oszillatoren (SPXOs) bieten extrem geringen Jitter
Epson Europe präsentiert die neuen SPXOs
der E-Serie, die sich durch extrem geringen
Jitter auszeichnen. Ausgelegt für hochleistungsfähige
Netzwerk-Anwendungen sind
die E-Serie SPXOs in einem Frequenzbereich
von 25 bis 200 MHz verfügbar und
bieten einen extrem geringen Jitter für ein
weit offenes Augendiagramm, optimal für
optische und elektrische Hochgeschwindigkeitsschnittstellen
(bis zu 400 Gbps).
Dank der Integration von LDO und dem
Einsatz von Epson’s HFF (High Frequency
Fundamental) Quarz Technologie, erreichen
die E-Series SPXOs einen industrieführendes
Jitter-Niveau von 50 fs rms
bei 156,25 MHz, bei gleichzeitig geringem
Stromverbrauch und einer Betriebsspannung
von +2,5 oder +3,3 V. Die hohe
Stabilität von optional ±25ppm über -40
bis +85 °C, ±50ppm über -40 bis +105
°C oder ±100ppm über -40 bis +105 °C
bietet erfüllt übliche Netzwerkspezifikationen.
Der weite Betriebstemperaturbereich
von -40 bis 105 °C prädestiniert die
Serie für den Einsatz in Außenanlagen
und Einrichtungen ohne Lüfter. Zusätzlich
zur Industrie-Standartgröße 7,0 x 5,0 mm
ist die E-Serie im kleineren 3,2 x 2,5 mm
Gehäuse verfügbar.
Besondere Merkmale
• Extrem geringer Jitter: 50 fs rms 12 kHz
bis 20 MHz @ 156,25MHz
• Hohe Stabilität: ±25ppm über -40 °C bis
+85 °C, ±50ppm über -40 bis +105 °C,
oder ±100ppm über -40 bis +105 °C
• Weiter Betriebstemperaturbereich
• Verfügbar in zwei Größen: Industrie-
Standard 7,0 x 5,0 mm und 3,2 x 2,5 mm
• Geringer Stromverbrauch
• Verfügbar mit LVPECL- oder LVDS-
Ausgang
■ EPSON Europe Electronics GmbH
www.epson-electronics.de
Quarzoszillatoren mit
höchster Präzision
Der in UK ansässige Hersteller Euroquartz
hat mit der XOR-Serie hochstabile SMD-
Oszillatoren im Programm und schließt
damit die Lücke zwischen den herkömmlichen
unkompensierten und den meist
erheblich teureren, temperaturkompensierten
Oszillatoren. Der in einem SMD-Keramikgehäuse
mit den Bauformen 7 x 5, 5 x 3,2
und 3,2 x 2,5 mm erhältliche Oszillator ist
im Frequenzbereich von 1 bis 56 MHz lieferbar
und bietet ein hervorragendes Phasenrauschen
von nur -145 dBc/Hz bei 100
kHz Offset sowie eine exzellente Jitter-Performance
von nur 300 fs typ. (12 kHz bis
20 MHz). Erhältlich ist die XOR-Serie mit
HCMOS-Ausgang in 1,8, 2,5 sowie 3,3 V
Versorgungsspannung. Sie bietet eine Frequenzstabilität
von ±7ppm über den kommerziellen
Temperaturbereich von -10 bis
+70 °C sowie von ±15ppm über den industriellen
Temperaturbereich von -40 bis +85 °C.
Durch ihre hervorragende Stabilität füllt die
XOR-Serie die bisherige Lücke zwischen
den gewöhnlichen, unkompensierten Oszillatoren
mit üblichen Werten von ±25ppm
Frequenzstabilität über -40 bis +85 °C und
den meist erheblich teureren temperaturkompensierten
Oszillatoren (TCXO), welche
typischerweise eine Frequenzstabilität
von ±2,5ppm über -30 bis +75 °C aufweisen.
Sie eignet sich daher für kostensensitive
Anwendungen, die ein Taktsignal mit
höchster Präzision erfordern. Für technische
Beratung, Angebots- oder Musteranfragen
sprechen Interessenten den offiziellen Distributor,
die WDI AG, an.
■ WDI AG
info@wdi.ag, www.wdi.ag
Quarzoszillatoren für
IoT & 5G
Mit dem Internet of Things ist auch die
5G-End-to-End-Highspeed-Kommunikation
immer weiter auf dem Vormarsch. Um den
Anforderungen ultraschneller Kommunikationsgeräte,
hoher Datenübertragungsraten
sowie der immer schnelleren Produktentwicklungen
seitens der Gerätehersteller im
Bereich 5G und IoT gerecht zu werden, hat
Taitien Electronics die FastXO-Serie hochfrequenter
Quarzoszillatoren entwickelt.
Taitiens FastXO-Serie hat in der Vergangenheit
schon die superschnellen Hochfrequenz-Quarzoszillatoren-Typen
OT-M (7 x
5 mm) und OW-M (5 x 3,2 mm) erfolgreich
8 hf-praxis 4/2019

etabliert. Bedingt durch die immer stärker
werdende Nachfrage nach Miniaturisierung
wurde nun mit dem nur 3,2 x 2,5
mm kleinen Typ OA-M das bisher kleinste
Mitglied dieser Produktfamilie vorgestellt.
Da die für 5G-Kommunikation und IoT-
Geräte typischen Frequenzen, wie beispielsweise
155,52, 312,5, 491,52, 622,08
und 1244,16 MHz, erreicht werden können,
eignet sich der OA-M hervorragend
für IoT-Anwendungen jeglicher Art sowie
alle Anwendungen, für die Geschwindigkeit
und Zuverlässigkeit unabdingbar sind.
■ WDI AG
info@wdi.ag, www.wdi.ag
PLL-OCXO mit
Multifrequenzausgang und
Frequenzreferenz
Quarze und Oszillatoren
Der XO8085 OCXO bietet eine nominale
Ausgangsfrequenz von 100 MHz, exzellente
SWaP-Eigenschaften, die Multifrequenzausgangs-Option
und eine Aufwärmzeit
von nur 5 min. Der Oszillator
ist hermetisch versiegelt und RoHS-konform.
Bevorzugte Anwendungen umfassen
Radarsysteme, Satellitenkommunikation,
Luftfahrttechnik sowie Prüf- und
Messtechnik.
■ WDI AG
info@wdi.ag, www.wdi.ag
Schnell verfügbare
HF-Oszillatoren mit extrem
niedrigen Phasenjitter
WWW.AARONIA.DE
®
PORTABLE ISOTROPIC
3D ANTENNA
ISOLOG 3D MOBILE PRO
Die OCXO-Serie des US-Herstellers
MtronPTI kombiniert über 25 Jahre Erfahrung
in der diskreten HF-Entwicklung mit
hochpräziser OCXO-Fertigungserfahrung
und bietet Entwicklern eine PLL-OCXO-
Plattform mit hoher Stabilität, extrem
niedrigem Phasenrauschen und niedriger
G-Empfindlichkeit sowie der Option eines
Multifrequenzausgangs. Für die immer
kleiner werdenden Hochfrequenzsysteme
ermöglicht eine integrierte Baugruppe
wie der XO8085 Systementwicklern die
Verwendung eines kleinen Gehäuses mit
Multifrequenzausgang anstelle mehrerer
OCXOs. Dies reduziert Größe, Gewicht
und Stromverbrauch, senkt die Kosten
und steigert die Zuverlässigkeit.
Des Weiteren bietet der XO8085 die Möglichkeit,
ihn mit einer Frequenzreferenz
zu betreiben. Wird ein OCXO mit einer
Frequenz von 100 MHz durch einen Referenz-OCXO
mit 10 MHz gesichert, wird
das sogenannte Close-in-Phasenrauschen
des Ausgangs durch die Referenz mit der
niedrigen Frequenz bestimmt. Das Phasenrauschen
von Offsetfrequenzen, die
größer als die PLL-Bandbreite sind, wird
durch den gesicherten OCXO (100 MHz)
bestimmt. Die XO8085-Serie bietet ein
geringes Grundrauschen von -180 dBc/
Hz und ein Close-in-Phasenrauschen von
-130 dBc/Hz oder besser bei 100 Hz Offset.
hf-praxis 4/2019
Der britische Spezialist Euroquartz, Ltd.
bietet seine beiden neuesten Oszillatoren
mit einem extrem niedrigem Phasenjitter
von nur 150 fs jetzt auch mit extrem kurzer
Lieferzeit an. Muster und Serienmengen
können innerhalb von zwei Wochen
geliefert werden.
Die EQJF-Serie ist im Frequenzbereich von
50 bis 2100 MHz mit LVPECL-, LVDS-,
CML- oder HCSL-Ausgangslogik erhältlich
und benötigt eine Versorgungsspannung
von 1,8, 2,5 oder 3,3 V. Sowohl für
den kommerziellen Arbeitstemperaturbereich
von -10 bis +70 °C als auch für den
industriellen Bereich von -40 bis +85 °C
sind die Oszillatoren standardmäßig mit
einer Frequenzstabilität von ±25, ±50 und
±100ppm erhältlich. Auf Kundenwunsch
sind auch engere Spezifikationen möglich.
Ergänzt wird die EQJF-Serie durch die
spannungsgesteuerten Oszillatoren der
EQVJF-Serie, welche mit Frequenzen von
150 bis 2100 MHz (HCSL von 150 bis 700
MHz) und denselben Optionen sowie ähnlichem
Phasenjitter verfügbar sind.
Zu den Anwendungen gehören Flachbildschirme,
Videostreaming-Systeme über
externe Kabel (z.B. LDI), serielle Highspeed-Kommunikationsverbindungen
wie
Serial ATA & FireWire, SONET, xDSL,
SDH, Settop-Box und Ethernet-Karten.
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Quarze und Oszillatoren
MEMS-Timing bietet hohe Performance
Als revolutionierende Technologie gegenüber
dem seit Jahrzehnten bewährten
Quarzoszillator haben Oszillatoren auf
Basis von mikroelektromechanische
Systemen (MEMS) in den letzten Jahren
eine breite Markteinführung erfahren. In
diesem schnell wachsenden Markt entwickelte
sich Microchip zu einem führenden
Unternehmen und bietet umfassende
MEMS-basierte Timing-Lösungen. Diese
umfassen Oszillatoren mit nur einem Frequenzausgang,
die als Drop-in-Ersatz für
herkömmliche Quarzoszillatoren eingesetzt
werden können, sowie Taktgeber mit
Mehrfachfrequenzausgängen, die ohne
externen Referenzquarz auskommen und
einen äußerst zuverlässigen und exakten
Referenztakt liefern.
MEMS-basierte Oszillatoren bieten eine
hohe Zuverlässigkeit (einschließlich der
AEC-Q100-Zertifizierung für den Automobilbereich),
einen weiten Arbeitstemperaturbereich
von -55 bis 125 °C,
hervorragende Schock- und Vibrationsfestigkeit,
eine hohe Genauigkeit von
±10ppm und sehr kleine Bauformen (z.B.
1,6 x 1,2 mm). Mit umfangreichem technischen
Know-how und über Zehn Jahren
Erfahrung in der Fertigung MEMSbasierter
Oszillatoren ist Microchip ein
führender Anbieter, wenn es um Taktgeber
für Automobil-, Videoüberwachungs-,
Server-/Speicher- und Industrieanwendungen
geht.
■ WDI AG
info@wdi.ag, www.wdi.ag
Oszillatorserie mit extrem niedriger
Versorgungsspannung
Mit den Oszillatoren QXO-691 hat IQD,
der in Großbritannien ansässige Spezialist
für frequenzbestimmende Bauteile,
eine Serie CMOS-basierter Oszillatoren
mit extrem niedriger Versorgungsspannung
im Programm. Der IQXO-691 ist
lieferbar in Ausführungen mit 0,9, 1,2
und 1,5 V Versorgungsspannung und
bietet Frequenzen im Bereich von 10 bis
50 MHz sowie eine Frequenzstabilität von
entweder ±20ppm über den kommerziellen
Arbeitstemperaturbereich von -20
bis +70 °C oder ±25ppm über den industriellen
Arbeitstemperaturbereich von -40
bis +85 °C. Dabei werden eine Anlaufzeit
von 10 ms sowie eine Anstiegs- und
Abfallzeit von 7 ns angegeben.
Sämtliche Varianten enthalten standardmäßig
eine Tristate-Funktion auf Pin 1.
Erhältlich ist der IQXO-691 mit hermetisch
dichten Keramikgehäusen in den
Bauformen 2,5 x 2, 3,2 x 2,5, 5 x 3,2
sowie 7 x 5 mm.
Diese Niederspannungsoszillatoren eignen
sich für Designs, bei denen eine
verbesserte Batterielebensdauer von
entscheidender Bedeutung ist, wie beispielsweise
in Körperkameras für Sicherheitskräfte,
Digitalkameras, Navigationsgeräten,
Audioplayern, tragbaren Testgeräten,
USB-Schnittstellen, WLAN und
Wearables.
■ WDI AG
www.wdi.ag
10
hf-praxis 4/2019

20 YEARS
PETERMANN
TECHNIK
QUARZE, OSZILLATOREN & MEHR
WELCOME TO THE WORLD OF CLOCKING
PRODUKTSPEKTRUM:
+ SMD/THT Quarze
+ Quarzoszillatoren
+ Silizium (MEMS) Oszillatoren
+ 32.768 kHz Ultra LP Oszillatoren
+ MHz Ultra Low Power Oszillatoren
+ 32.768 kHz Quarze
+ Low Power Oszillatoren
+ Differential Oszillatoren
+ Spread Spectrum Oszillatoren
+ VCXO, VCTCXO
+ High Temperature Oszillatoren
+ Stratum3 Oszillatoren
+ Automotive Oszillatoren
+ SPXO, LPXO
+ TCXO, OCXO
+ ULPO, ULPPO
+ Keramikresonatoren
+ Quarzfilter
APPLIKATIONEN:
+ Wireless (WLAN, WIFI, Sub GHz)
+ Smartphones & Tablets
+ IoT
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Quarze und Oszillatoren
Neues Evaluation Board für Standardoszillatoren
gewählt werden. Alle Ausgänge
sind über einen SMA-Stecker
verfügbar.
Das Evaluation Board ist in
zwei Optionen erhältlich. Die
erste Option ist die unbestückte
Leiterplatte, die mit der entsprechenden
Stückliste geliefert
wird. Die zweite Option ist die
bereits bestückte Leiterkarte zur
sofortigen Nutzung.
■ IQD Frequency Products
Ltd.
www.iqdfrequencyproducts.
de
EMCO übernimmt die Handelsvertretung
von AXTAL in der DACH-Region
Wie oft haben Sie sich schon
gewünscht, eine schnelle und
einfache Möglichkeit zu haben
um einen Oszillator zu testen?
Nun gibt es keinen Grund mehr
sich Sorgen um das Entwerfen
und Bauen einer eigenen
Testschaltung zu machen – Sie
können einfach das neue IOSC-
EV Board, erhältlich von IQD
und deren Distributoren, nutzen.
Dieses kann verwendet
werden um oberflächenmontierbare
Standardoszillatoren,
VCXOs oder TCXO/VCTCXOs
zu messen.
Das IOSC-EV Board wird mit
sechs kleineren Platinen geliefert
die von der Hauptplatine
abgeknipst werden können und
auf welchen verschieden große
4-Pad-Oszillatoren gelötet werden
können. Das kleinere Board
kann dann wiederum auf die
Hauptplatine gelötet werden.
Die sechs verschiedenen unterstützten
Gehäusegrößen sind
1.6 x 1.2 mm, 2.0 x 1.6 mm, 2.5
x 2.0 mm, 3.2 x 2.5 mm, 5.0 x
3.2 mm und 7.0 x 5.0 mm.
Da Störungen in der Versorgungsspannung
die Frequenz des
Oszillators beeinflussen können,
enthält das IOSC-EV Board eine
geregelte und gefilterte Versorgungsspannung
welche frei zwischen
1,8 und 5,0 V gewählt werden
kann. Dies erlaubt Ihnen die
Leistung des Oszillators unter
Idealbedingungen zu betrachten.
Allerdings wissen wir auch, dass
Sie während des Testens möglicherweise
gerne absichtlich
Störungen einbringen möchten
und die Folgen dessen beobachten
wollen. Deshalb enthält das
IOSC-Board des Weiteren die
Option eine Versorgungsspannung
direkt anzuschließen.
Die Enable/Disable Funktion
kann durch manuelles Schalten
getestet werden um den Effekt
auf die Stromaufnahme zu beobachten.
Zudem gibt es die Möglichkeit
diesen Eingang über eine
digitale Quelle auf “high” oder
“low” zu setzen um die Enablezeit
zu messen. Für Produkte
mit Zieheingang, zum Beispiel
VCXOs und VCTCXOs, enthält
die Platine ein Potentiometer um
die Frequenztoleranz und den
Effekt des Lötens durch Ziehen
wieder auf die Nennfrequenz
zu bringen. Dies kann zudem
zum manuellen Anpassen der
Ziehspannung genutzt werden,
um diesen Einfluss auf die Frequenz
zu simulieren. Für sensible
Produkte wie VCTXOS gibt es
zusätzlich zum Ziehen der Frequenz
die Möglichkeit durch
das Ersetzen des anliegenden
Potentiometer Widerstandes mit
einen festen Widerstand bessere
Stabilität, sowie besseres Jitter
und Phasenrauschen zu erzielen.
Natürlich kann der Zieheingang
auch über eine externe analoge
Quelle gespeist werden.
Für die Ausgangsstufe bietet das
IOSC-EV Board drei Konfigurationen.
Hier kann zwischen
einem CMOS Ausgang, einem
Clipped Sinus oder direktem
Ausgang ohne Buffer oder Last
Seit seiner Gründung vor
über 15 Jahren durch Bernd
und Brigitte Neubig hat sich
AXTAL – kurz für „Advanced
XTAL Products“ – zu einem
führenden deutschen Hersteller
von hochstabilen und
rauscharmen Quarzoszillatoren
und anderen Frequenzkontroll-Produkten
(FCP) entwickelt.
Kern des in Mosbach/Baden
entwickelten und gefertigten
Produktportfolios sind temperatur-
stabilisierte Quarzoszillatoren
(OCXO), die sich
durch hohe Frequenzstabilität
im ppb (10-9) Bereich, äußerst
geringes Phasenrauschen (bis
-185 dBc/Hz), niedrigstem Jitter
im Femtose-kundenbereich
und Kurzzeitstabilitäten von
besser 10-12 auszeichnen.
Mission LARA der
ESA
Diese OCXO stellen auch die
interne Referenz für AXTAL’s
Oszillatormodule mit hochfrequenten
Ausgängen bis 8
GHz dar, die durch Frequenzmultiplikation
und / oder PLL
erzeugt werden.
Strahlungsfeste AXTAL Oszillatoren
fliegen unter anderem
auf den geostationären Wettersatelliten
FengYun 2G,
auf dem Relaissatelliten Queqiao
auf der Rückseite des
Mondes und in Kürze bei der
EXOMARS
Die Produktreihe von PLL-
Oszillatoren umfasst Clean-Up
Module, die aus einer externen
Referenz (z.B. 10 MHz oder
100 MHz) ein rauscharmes
Signal der gleichen oder einer
anderen Frequenz (z.B. 100
MHz oder 1 GHz) erzeugen.
Seit über 27 Jahren ist die
EMCO Elektronik ein „alter
Hase“ im HF-Markt. Kundenspezifische
Lösungen, speziell
in den Bereichen Aerospace,
Militär und Messtechnik, werden
ab dem 01. April 2019
auch mit den Komponenten
von Axtal realisiert.
■ EMCO Elektronik GmbH
info@emco-elektronik.de
www.emco-elektronik.de
12 hf-praxis 4/2019

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Quarze und Oszillatoren
Meilenstein im Bereich der Zeitreferenzen
Der Schweizer Hersteller Micro
Crystal, vertrieben durch die
WDI AG, stellt mit der RV-
3028-C7 die weltweit erste
Echtzeituhr (RTC) mit nur 40
nA Stromverbrauch vor. Eine
Kombination aus Timing und
Batterie-Backupschaltung mit
dem branchenweit niedrigsten
Stromverbrauch soll die Autonomie
unter rauen Bedingungen
erhöhen und so zur ersten Wahl
für Wearable- und IoT-Anwendungen
werden.
Mit einem Stromverbrauch von
nur 40 nA bei einer Versorgungspannung
von 3 V sowie einer
hohen Genauigkeit von ±1 ppm
bei Raumtemperatur, welche
eine spätere Kalibrierung in der
Fertigung des Kunden überflüssig
macht, setzt Micro Crystals
jüngstes RTC-Modul neue Maßstäbe.
Die RV-3028-C7 kombiniert
in einem winzigen 3,5 x
1,5 x 0,8 mm SMD-Gehäuse
den Quarz mit der RTC-Schaltung
und bietet sogar einen integrierten
Batterie-Backupschalter.
Zusammen mit dem extrem
geringen Stromverbrauch ermöglicht
dies die Verwendung
von MLCC-Kondensatoren oder
Super-Caps zur Überbrückung
der Backup-Zeit.
Weitere Features sind ein großer
Eingangsspannungsbereich von
1,2 bis 5,5 V, ein 32-Bit-Unix-
Zeitzähler (z.B. für Sicherheitscode-Berechnungen)
sowie eine
400 kHz I²C-Schnittstelle.
Oszillatoren mit
extrem niedrigem
Phasenjitter
Der in Großbritannien ansässige
Spezialist für frequenzbestimmende
Bauteile Euroquartz Ltd,
vertrieben durch die WDI AG,
lanciert die neue Oszillatorserie
EQHJ mit einem extrem niedrigen
Phasenjitter von maximal
50 fs. Erhältlich sind die Oszillatoren
mit LVCMOS-Ausgang
und einer Versorgungsspannung
von 1,8, 2,5 oder 3,3 V.
Entwickelt wurde die EQHJ-
Serie für Anwendungen, die
ein extrem niedriges Phasenrauschen
erfordern. Hierzu gehören
z.B. Flachbildschirme, Videostreaming-Systeme
über externe
Kabel (z.B. LDI), serielle Highspeed-Kommunikationsverbindungen
wie Serial ATA & Fire-
Wire, SONET, xDSL, SDH, Set-
Top-Box und Ethernet-Karten.
Die Oszillatoren sind in den
Frequenzen von 5 bis 50 MHz
erhältlich und bieten eine Frequenzstabilität
von ±25 ppm
über den industriellen Arbeitstemperaturbereich
von -40 bis
+85 °C. Verfügbar sind die drei
SMD-Standardbauformen 7 x 5
x 1,4 mm, 5 x 3,2 x 1,2 mm und
3,2 x 2,5 x 1 mm. Die Stromaufnahme
reicht von typischerweise
3 bis maximal 10 mA für
die größte Bauform.
Des Weiteren bietet die EQHJ-
Serie eine Lastkapazität von 15
pF (CMOS), eine typische Startup-Zeit
von 0,8 ms (maximal
5 ms) und eine Symmetrie von
50% (±5 %). Charakteristische
Anstiegszeiten sind 5 ns für die
kleinste Größe, bis zu 1,5 ns
für die größte Bauform (maximal
10 ns für alle Größen). Die
maximale Alterung beträgt ±3
ppm im ersten Jahr (±2 ppm in
jedem weiteren Jahr). Das Phasenrauschen
ist mit 48 fs typisch
14 hf-praxis 4/2019

K N O W - H O W V E R B I N D E T
bei 3,3 V und 118 fs typisch bei 1,8 V spezifiziert.
■ WDI AG
www.wdi.ag
Quarze und Oszillatoren
Neue TCXO-/VCTCXO-
Familie mit großem
Temperaturbereich
EMV, WÄRME­
ABLEITUNG UND
ABSORPTION
SETZEN SIE AUF
QUALITÄT
OCXOs mit internem
Multiplizierer
Die Vertreter der OCXO2526C-Serie von
Dynamic Engineers können Frequenzen im
Bereich 30...300 MHz ausgeben und nutzen
dabei einen internen Frequenzmultiplizierer
3x oder 5x. Diese SMD-OCXOs haben ein
Phasenrauschen von -135 dBc/Hz bei 1 kHz
und eine Stabilität von ±3ppb über den Einsatztemperaturbereich
von -40 bis +85 °C.
Sie erfordern eine Versorgung mit 3,3/5/12
V und liefern ein HCMOS-, TTL- oder
Sinus-Ausgangssignal. Die OCXOs sind
lieferbar mit einem 25,8 x 25,8 x 12,7 mm
messenden Gehäuse und eignen sich optimal
für Basisstationen, Radar-Referenzen,
Stratum-3E-Taktysteme und Mikrowellen-
Applikationen.
■ Dynamic Engineers
www.dynamicengineers.com
TCXOs mit hervorragender
Stabilität und Zuverlässigkeit
Epson präsentierte mit den neuen Modellen
TG2016SMN und TG2520SMN TCXOs
mit hervorragender Stabilität und Zuverlässigkeit,
bestens geeignet für den Einsatz
in Kommunikationssystemen für drahtlose
Anwendungen wie WiFi, GPS, Mobilfunk,
LPWA für IoT und 2-Way-Funkgeräte.
Die M-Serie mit einer Betriebsspannung von
1,7 bis 3,36 V setzt einen Epson-eigenen
Halbleiter und MHz-Quarz ein. Durch diese
speziell eingesetzte Technologie erreichen
Epsons M-Serie-TCXOs ein sehr geringes
Phasenrauschen von -164 dBc/Hz @ 26
MHz, eine hohe Stabilität

Quarze und Oszillatoren
Programmierbare Takt-ICs mit integriertem Quarz
Die VersaClock-Familie
programmierbarer
Takt-ICs mit
integriertem Quarz von
IDT wird sukzessive
erweitert. 2018 kam
z. B. das Produkt
VersaClock 6E hinzu.
Programmierbare Takt-
ICs mit integriertem
Quarz sind in
vielen Consumer-
Applikationen
einsetzbar.
Quellen:
Baljit Chandhoke, Sebastian
Gerstl: Programmierbare
Takt-ICs mit integriertem
Quarz, „Elektronikpraxis”
3/2016
„IDT Expands Award-
Winning VersaClock Family
of Programmable Clock
Generators with New
VersaClock 6E“, www.idt.com/
about/press-room
Die VersaClock-6E-Serie fällt
durch mehrere neue Features,
Möglichkeiten und Optionen
auf. So sind auch Frequenzen
im Kilohertzbereich möglich,
und es gibt einen optionalen
integrierten Quarz. Dies alles
macht die VersaClock-6E-
Produkte optimal geeignet für
Daten-Center und Netzwerk-
Equipment, wie beispielsweise
industrielle Test- und Messaufbauten,
digitale Videorecorder,
professionelle Videodisplays
und andere consumer-orientierte
Kommunikationsanwendungen
mit strengsten Anforderungen
an Kosten, Leistungsaufnahme
und Jitter.
Schlüsselparameter
Die Reihe VersaClock 6E zeichnet
sich aus durch:
• Ausgangsfrequenzen bis in
den Kilohertzbereich, sodass
Anwendungen in Audio,
Realtime-Clock- und anderen
Applikationen mit sehr
präziser Synchronisation
möglich werden.
• einen optionalen integrierten
Quarz, was den Vorteil
einer möglichen Platzersparnis
bedeutet. Von Vorteil ist
weiter die Kombination mit
einem kalibrierten Eingang,
sodass auch Highend-Consumer-Anwendungen
günstig
umgesetzt werden können.
• Auswahl zwischen vier
Produkten (5P49V6965,
5P49V6967, 5P49V6968
und 5P49V6975)
• Crystal-on-Die bedeutet
fortschrittlichen, inneren
Aufbau ohne Verzicht
auf Leistungsfähigkeit und
geringe Abmessungen.
Hintergrund
Üblicherweise entsteht ein Takt
durch einen festen Quarzoszillator
oder ein einfaches Takt-
IC. Jedoch benötigen heutige
komplexe Systeme oft mehrere
Taktsignale für verschiedene
Schnittstellen, wie USB
oder Ethernet, als auch interne
Funktionen. Doch die Verwendung
mehrerer Quarzgeneratoren
verlangt entsprechend Platz auf
der Leiterplatte, abgesehen von
Kosten und komplexeren Layouts.
Besser ist daher ein einziger
Taktgenerator mit mehreren
Ausgangsignalen, ausgehend
von nur einem Quarz.
Noch einen Schritt weiter gehen
programmierbare Taktgeneratoren.
Sie sind nicht auf feste
Ausgangsfrequenzen fixiert,
sondern der Anwender kann
Ausgangsfrequenzen gemäß seinen
Wünschen festlegen. Wird
hier jedoch ein externer Quarz
verwendet, ist das Ganze nicht
unproblematisch:
• zusätzlicher Platzbedarf
• Störanfälligkeit aufgrund der
Quarz-Anschlussleitungen
• garantierte Leistungsfähigkeit
des Quarz-Taktgenerator-Paars
• keine Feinabstimmung des
Schaltkreises erforderlich
• Layout unabhängig von
Besonderheiten des Quarzes
• Wiederverwendbarkeit für
andere Designs, dadurch minimale
Entwicklungszeit
• mögliche Fertigungsprobleme,
um eine dauerhafte Leistungsfähigkeit
zu erzielen, wenn
verschiedene Quarz-Anbieter
in Frage kommen
Denn Quarze unterscheiden sich
von Hersteller zu Hersteller mehr
oder weniger in ihren Spezifikationen,
was oft übersehen wird.
Alles in einem Gehäuse
Bringt man Quarz und programmierbaren
Taktgenerator
in einem Gehäuse unter, erhält
man eine komplette Multi-Output-Taktquelle
von der Größe
eines üblichen Taktgenerators.
Der Quarz wird dabei neben oder
über dem Taktgenerator integriert.
Fortschritte in der Gehäusetechnik
ermöglichen dies.
Diese Integrationstechnik ließ
sich bis vor kurzem jedoch nur
für Taktgenerator-ICs mit einer
Ausgangsfrequenz anwenden.
Auch die VersaClock-6E-Serie
überwindet dieses Problem. Hier
ist ein integrierter sogenannter
co-packaged Quarz unter einem
Multi-Output-Taktgenerator
angebracht. Das ermöglicht die
Verwendung eines Standardgehäuses
mit dem gleichen Footprint
von z. B. 4 × 4 mm und der
üblichen Bauhöhe von 0,9 mm
eines konventionellen Taktgenerator-ICs.
Auch elektrisch ist das Ganze
kompromisslos. So werden etwa
bis zu vier unabhängige Ausgangssignale,
von denen jedes in
der Frequenz (z.B. bis 350 MHz)
und für LVDS, LVPECL, HCSL
oder Dual-LVCMOS mit einer
16 hf-praxis 4/2019

Quarze und Oszillatoren
individuell wählbaren Spannung
(1,8/2,5/3,3 V) konfigurierbar ist.
Hinzu kommen u.a.:
• individuell programmierbare
Ausgangsfreigabe
• Reglung der Anstiegsgeschwindigkeit
• Streuspektrum-Funktion
Der Phasen-Jitter ist so gering,
dass alle Anforderungen von
1G/10G-Ethernet und PCI
Express Gen 1, 2, 3 sowie für
zahlreiche SoCs und FPGAs
erfüllt werden und zwar ohne
Kompromisse bei der Stromaufnahme
(Core-Stromverbrauch
z.B. 30 mA). Auch die Gefahr
einer unerwünschten Interaktion
mit einem anderen Bauteil
infolge sehr geringen Abstands
ist nun minimal.
Blockaufbau eines VersaClock 6E
Fazit
Bei den programmierbaren Takt-
ICs mit integriertem Quarz ist die
Platzierung des Chips oberhalb
des Quarzes gelungen, ohne die
Leistungsfähigkeit des Gesamtsystems
zu beeinträchtigen. Die
Produkte von IDT, etwa aus der
VersaClock-6E-Serie, bieten
nicht nur kompromisslos, sondern
sogar vorteilhaft das, was
für einen programmierbaren
Taktgenerator mit mehreren Ausgängen
und mit externem Quarz
üblich ist. Sie stellen eine robuste
Lösung ohne Leistungseinbußen,
mit hervorragenden Taktspezifikationen
und mit geringer
Stromaufnahme bei kleiner
Baugröße dar. FS
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hf-praxis 4/2019 17

Quarze und Oszillatoren
MEMS-Oszillatoren erobern den Markt der OCXOs
OCXOs (Oven-
Controlled Oscillators)
erreichen den
Gipfel der Timing-
Performance. Nur
wenige Hersteller
können Stabilität auf
OCXO-Level (ca.
±50ppb oder besser)
bieten. Da OCXOs
Stratum-3E-Level
an Timing-Stabilität
erreichen, werden sie
in Kommunikationsnetzwerken
mit hohem
Durchsatz eingesetzt,
die mit jeder neuen
Generation eine noch
striktere Performance
erfordern.
Bild 1: SiTime Emelrald
Zukünftig werden OCXOs für
das aufkommende 5G und die
IEEE-1588-Synchronisationsapplikationen,
die einsatzkritische
Dienste, wie autonomes
Fahren unterstützen, essentiell
sein.
Wie erreichen OXCOs
diese Stabilität?
Diese Hochpräzisionsoszillatoren
sind dazu konzipiert, trotz
Temperaturänderungen – einem
der Hauptgründe für Frequenzdrifts
– eine Frequenz aufrechtzuerhalten.
Dies wird dadurch
erreicht, dass der Resonator
zusammen mit einem temperaturkompensierenden
Schaltkreis
und einem Heizelement
im Gehäuse verbaut wird. Doch
obwohl diese „ofenbetriebenen“
Bauteile entwickelt werden, um
die interne Temperatur konstant
zu halten, sind OCXOs traditionell
trotzdem anfällig für
Schwankungen in der Umgebungstemperatur,
speziell, wenn
die Temperatur sich schnell verändert.
Aus diesem Grund müssen Designer
wohlüberlegte Entscheidungen
treffen, wo auf dem
Board sie den Oszillator platzieren.
OXCOs werden oft in einer
Ecke platziert – fern von Lüftern,
die durch Luftströme Temperaturschocks
verursachen können
und auch fern vom Hauptprozessor,
der in signifikantem Maße
Hitze entwickeln kann. Doch
den Oszillator von dem Chip,
den er taktet, fernzuhalten, bringt
andere Schwierigkeiten mit sich,
wie erhöhte Routing-Komplexität
oder mögliche Probleme
mit der Signalintegrität. Manche
Applikation erfordert es, das
Layout mehrmals zu überarbeiten,
nur um herauszufinden, wo
der OCXO platziert werde soll.
Timing ist ein entscheidender
Faktor und potenziell eine der
größten Herausforderungen
in 5G-Systemen. Durch die
höheren Datenraten wird eine
sehr viel präzisere Synchronisation
der Funkanlagen gefordert,
womit die Ansprüche an
Autor:
Axel Gensler
Senior Product Manager RF
Components,
Quartz Crystal Oscillators,
Endrich Bauelemente
Vertriebs GmbH
Bild 2: MEMS-Elite-TCXO versus Quarz-TCXO bei schnellen Temperaturänderungen
18 hf-praxis 4/2019

Quarze und Oszillatoren
Bild 3: EMS-Elite-TCXO versus Quarz-TCXO unter Luftstrom
Genauigkeit der Taktgeber steigen.
Diese Vorgaben können oft
nur durch OCXOs erfüllt werden.
Diese haben Toleranzen
im Bereich von ±5ppb. Salopp
gesagt, wird ein kleiner Ofen um
den Quarz herum gebaut, um
die Temperatur zu kontrollieren
und ihn damit von der äußeren
Umgebung zu entkoppeln,
womit die Frequenzdrift durch
Temperaturschwankungen weitgehend
aus der Driftberechnung
eliminiert wird.
Quarzoszillatoren wurden - trotz
einiger Nachteile - mangels
Alternativen eingesetzt. Es ist
nicht trivial, eine konsistente,
enge Timing-Performance stabil
über Temperaturänderungen
oder bei Vibrationen zu erzielen.
Die bisherigen Taktgeber
sind teuer, sperrig und benötigen
oft eine lange Einlaufzeit,
bevor sie loslegen können. Für
den zuverlässigen Betrieb gilt
es, beim Design besondere Vorkehrungen
zu treffen, um Temperatursprünge
zu vermeiden.
Der OCXO sollte weitgehend
thermisch isoliert werden, was
die Anordnung des Bauteils auf
der Leiterplatte beschränken
kann, oder zusätzliche mechanische
Isolierungsmaßnahmen
erfordert. Die Applikationen,
insbesondere Mobilphon-Verteilerstationen,
werden zunehmend
an exponierten Stellen
angebracht, wo Wind, Wetter,
Feuchtigkeit sowie Vibrationen
wirken. Quarzoszillatoren sind
anfällig gegenüber schnellen
Temperaturänderungen und
Vibration, was zur Unterbrechung
der Kommunikation führen
kann. Diese Änderung der
Betriebsumgebung erfordert ein
neues Denken und eine Neubewertung
der Vorteile von MEMS
gegenüber der Quarztechnologien
für das Timing.
In vielen Fällen ist der quarzbasierende
OXCO zur thermischen
Isolation mit einer
speziellen, mechanischen Schirmung
bedeckt. Diese „Schilde“
sind jedoch in der Regel keine
Stangenware und nur wenige
Anbieter designen und produzie-
Fachbücher für die
Praxis
Digitale Oszilloskope
Der Weg zum
professionellen
Messen
Joachim Müller
Format 21 x 28 cm, Broschur, 388 Seiten,
ISBN 978-3-88976-168-2
beam-Verlag 2017, 47,90 €
Ein Blick in den Inhalt zeigt, in welcher
Breite das Thema behandelt wird:
• Verbindung zum Messobjekt über passive
und aktive Messköpfe
• Das Vertikalsystem – Frontend und
Analog-Digital-Converter
• Das Horizontalsystem – Sampling und
Akquisition
• Trigger-System
• Frequenzanalyse-Funktion – FFT
• Praxis-Demonstationen: Untersuchung
von Taktsignalen, Demonstration Aliasing,
Einfluss der Tastkopfimpedanz
• Einstellungen der Dezimation,
Rekonstruktion, Interpolation
• Die „Sünden“ beim Masseanschluss
• EMV-Messung an einem Schaltnetzteil
• Messung der Kanalleistung
Weitere Themen für die praktischen
Anwendungs-Demos sind u.a.: Abgleich
passiver Tastköpfe, Demonstration der
Blindzeit, Demonstration FFT, Ratgeber
Spektrumdarstellung, Dezimation,
Interpolation, Samplerate, Ratgeber:
Gekonnt triggern.
Im Anhang des Werks findet sich eine
umfassende Zusammenstellung der
verwendeten Formeln und Diagramme.
Unser gesamtes Buchprogramm finden Sie unter www.beam-verlag.de
oder bestellen Sie über info@beam-verlag.de
hf-praxis 4/2019 19

Quarze und Oszillatoren
Bild 4: Frequenzstabilität
ren derartige Produkte. Zudem
wird mehr Platz auf der Leiterplatte
benötigt, und es sind weitere
Produktionsschritte erforderlich,
um die Abschirmung
anzubringen. All das kostet Zeit
und Geld, ein Erfolg ist trotzdem
nicht garantiert.
Es gab bisher keinen einfachen
Weg, um all die Risiken auszuschalten,
die mit der Verwendung
eines OCXOs einhergehen,
zumindest nicht vor der Einführung
der Emerald-Plattform von
SiTime, dem ersten MEMSbasierten
OCXO.
Eine neue, robuste
Lösung
Die Emerald-Platform OCXOs
von SiTime ist eine Lösung im
Präzisions-Timing, die eine weitaus
bessere Verlässlichkeit und
Performance unter dynamischen
Bedingungen bietet. Sie basiert
auf einer programmierbaren
Plattform, die jede Frequenz von
1 bis 220 MHz und LVCMOSoder
Clipped-Sinewave-Outputs
bieten kann. Sie löst seit langem
bestehende Timingprobleme.
Einige Features im Vergleich zu
traditionellen, quarzbasierten
Stratum-3E-OCXOs:
• zehnfach bessere Performance
unter Einfluss von Luftströmen
und thermischen Schocks
Dies zeigt sich in ±5ppb Frequenzstabilität
über den Temperaturbereich,
eine dynamische
Stabilität von ±50ppt/K und eine
Allan Deviation (ADEV) von
2 -11 unter Luftstrom.
• 20-fach höhere Widerstandsfähigkeit
gegen Vibration
(0,1ppb/g)
• keine Aktivitätseinbrüche oder
Mikrosprünge
• kleinste Gehäusegrößen (9 x
7 mm Footprint, 75% kleiner
als üblich, 6,5 mm Höhe, 40%
dünner)
• auch in Standard-OCXO-
Größen verfügbar, um Quarz-
OCXOs ohne Designänderung
zu ersetzen
• Qualität und Verlässlichkeit
auf Halbleiterniveau
Dies zeigt sich an folgenden
Fakten: Eliminiert werden Lotzu-Lot-Schwankungen
von
Quarzoszillatoren, Bemusterung
und Tests eintreffender Lots
ist überflüssig, unübertroffene
Anwenderfreundlichkeit, keine
Restriktionen bzgl. Platzierung
auf dem Board, keine mechanische
Abschirmung zur thermischen
Isolation notwendig,
Onchip-Spannungsregulatoren,
keine LDOs oder Ferrite notwendig
sowie feuchtigkeitsresistent.
Konkrete Vorteile
Welche Vorteile bieten die
MEMS-OCXOs gegenüber
quarzbasierten OCXOs? Nun,
die OCXOs der Emerald-Plattform
basieren auf der Elite-
Super-TCXOs Plattform; durch
die thermisch direkte Verbindung
des Resonators und Temperatursensors
(MEMS-Resonator) auf
einem Die wird eine unerreichte
Kurzzeitstabilität erreicht, ausgedrückt
als Allan-Abweichung
(Allan Deviation), siehe Bild 3
und 4. Zudem gibt es eine thermische
Kontrolle. Der MEMS-
Oszillator kann an beliebiger
Stelle auf der Leiterplatte platziert
werden. Man benötigt keine
zusätzliche Metall- oder Kunststoffabdeckung.
Die MEMS-OCXOs bieten ±5
bis ±8ppb Stabilität. Die programmierbare
analoge Architektur
liefert Frequenzen zwischen 1
und 220 MHz und damit höchste
Flexibilität im Systemdesign bei
der Frequenzwahl mit Ausgangsoptionen
LVCMOS der Clipped
Sinus. Es gibt eine kurzfristige
Verfügbarkeit jeglicher Frequenz
im Spezifikationsbereich durch
werkseitige Programmierung.
Messungen zeigen, dass sich die
typischen Werte der Frequenzstabilität
der Emerald-OCXOs
im Bereich von nur 1ppb bewegen
und das für einen Temperaturbereich
von -40 bis +85 °C,
siehe Bild 4.
Eine I 2 C-Schnittstelle für die
systeminterne Programmierbarkeit
ist möglich. Diese digitale
Steuerungsfunktion, die in Kürze
aktiviert wird, beseitigt das Rauschen
auf Board-Ebene, das mit
herkömmlichen VCOCXOs
verbunden ist, die eine analoge
Spannungssteuerung verwenden.
Dies kann auch das Tiefpassfilter
unnötig machen, das erforderlich
ist, um den VCOCXO an
den SOC anzuschließen.
Die SiTime-Lösung ist energieeffizient
mit nur 600 mW.
Dies ist etwa die Hälfte dessen,
was herkömmliche Stratum-
3E-Geräte verbrauchen. Weiter
von Vorteil: keine Aktivitätssprünge
(Activity Dips) und
Micro-Jumps.
Obwohl die MEMS-Bauelemente
kleiner sind und noch
kleiner gefertigt werden können,
bietet SiTime sie auch im größeren
Quarz-OCXO-Formfaktor
an, sodass Designer sie als Dropin-Ersatz
für eine bestehende
Quarzkomponente verwenden
können. Diese Möglichkeit bietet
einen enormen Freiheitsgrad
im Design. Bild 5 zeigt verschiedene
Designs. ◄
Bisher mussten Hersteller von
Kommunikationsgeräten auf
störungsanfällige, anwenderunfreundliche
Timing-Bauteile
zurückgreifen. Die Emerald-
Plattform wurde entwickelt, um
die altbekannten Probleme von
Quarz-OCXOs, die empfindlich
gegenüber Umwelteinflüssen
sind und Schutzmaßnahmen
erfordern, zu lösen.
Bild 5: Designs (alle Bilder: SiTime)
20 hf-praxis 4/2019

Quarze und Oszillatoren
Ultrahochfrequenter Clock Oszillator
Die kürzlich veröffentlichte
neue Reihe Clock Oszillatoren
IQXO-597 von IQD bietet einen
ultrahochfrequenten Bereich von
1GHz bis 2,2GHz. Verpackt in
einem 14,0 x 9,0 x 3,3mm, 6 Pad
Gehäuse ist dieses oberflächenmontierbare
Bauteil mit FR4
Bodenteil und Metalldeckel nicht
hermetisch dicht verschlossen.
Der IQXO-597 ist erhältlich mit
drei verschiedenen Signalausgängen:
Sinus, differentiellem
Sinus und LVPECL.
Mit einer engen Frequenzstabilität
von ±20 ppm über den
Betriebstemperaturbereich von
-40 °C bis 85 °C ergibt sich
eine Gesamtfrequenzabweichung
vom Nominalwert von
lediglich ±70ppm (inklusive
Frequenztoleranz bei 25 °C,
sowie Abweichung über Betriebstemperaturbereich,
Versorgungsspannung,
Lastkapazität
und Alterung über 10 Jahre
bei 25 °C). Dieser neue Clock
Oszillator ist ideal geeignet für
Anwendungen wie 100G/400G
Datenkommunikation, Hochgeschwindigkeits-ADCs,
DACs &
SerDes, ebenso wie für kohärente
optische Module.
Die neue Baureihe ist erhältlich
mit 3,3 V Versorgungsspannung
mit einem maximalem Stromverbrauch
von 70 mA (Sinus) oder
120 mA (LVPECL) und sehr
geringem RMS Phasenjitter von
15 fs über 12 kHz bis 20 MHz
(Sinus @ 2,1930 GHz) oder
46 fs über 10 kHz bis 20 MHz
(LVPECL @ 1,0960 GHz). Als
Verpackungseinheit kann der
Oszillator sowohl lose als auch
auf Rolle geliefert werden. Das
ausführliche Datenblatt finden
Sie unter www.iqdfrequencyproducts.com
■ IQD Frequency Products Ltd
www.iqdfrequencyproducts.
de
Hochstabile Ultra-
Niederspannungs-
TCXOs
IQD, vertrieben durch die WDI
AG, hat seine neue Serie temperaturkompensierter
Quarzoszillatoren
(TCXOs) vorgestellt. Die
neue TCXO-Serie IQXT-225 ist
in einem hermetisch versiegelten
Miniatur-SMD-Keramikgehäuse
mit den Maßen 2 x 1,6 x 0,7 mm
ausgestattet und kommt mit einer
extrem geringen Versorgungsspannung
von nur 1,2 V aus.
Erhältlich ist das Bauteil in den
gängigen TCXO-Frequenzen
16,368, 16,369, 19,2, 26, 33,6
sowie 38,4 MHz und bietet dabei
eine hervorragende Frequenzstabilität
von ±0,5 ppm über einen
Betriebstemperaturbereich von
-30 bis +85 °C. Der IQXT-225
verfügt über einen Clipped-
Sinewave-Ausgang sowie eine
Enable/Disable-Funktion an
Pin 1 für den Stromsparbetrieb
und ist ausgelegt für eine Last
von 10 kOhm//10 pF bei einer
Stromaufnahme von 1,7 mA.
Im Disable-Modus beträgt die
Stromaufnahme nur 3 µA. Der
neue TCXO bietet ein Phasenrauschen
von -135 dBc/Hz bei
1 kHz Offset und zeichnet sich
durch eine kurze Startup-Zeit
von 2 ms aus.
IQDs neue TCXO-Serie eignet
sich optimal für Anwendungen,
bei denen die Batterielebensdauer
von entscheidender Bedeutung
ist. Hierzu gehören typischerweise
IoT-Anwendungen,
mobile Navigationsgeräte, tragbare
Testgeräte, Wearables sowie
Anwendungen in der drahtlosen
Kommunikation.
■ WDI AG
info@wdi.ag
www.wdi.ag
Quarzeinheit für den Einsatz in Chipkarten
Die Epson Europe Electronics GmbH präsentierte
den FC-12D-kHz-Quarz, welcher
für den Einsatz in Chipkarten entwickelt
wurde. Er hat eine extrem flache Bauform
von nur 0,35 mm Maximalhöhe, was den
Einsatz in höhenkritischen Anwendungen
wie Chipkarten der ISO-7810-Standardgröße
ermöglicht. Epsons photolithographische
Verarbeitungstechnik ermöglicht
diese Miniaturgröße (2,05 x 1,25 x
0,35 mm) und liefet gleichzeitig einen
hervorragenden äquivalenten Serienwiderstand
(ESR) von 75 kOhm maximal, der
für einen schnellen Oszillationsstart und
geringen Stromverbrauch notwendig ist.
Chipkarten müssen einen geringen Stromverbrauch
aufweisen, da sie von einer kleinen
Batterie betrieben werden. Der FC-
12D ist für hohe Genauigkeit bei geringem
Stromverbrauch ausgelegt und weist eine
geringe Empfindlichkeit gegenüber Belastungsänderungen
auf.
Zusätzlich müssen Chipkarten Biegungen
und ESD-Stress aushalten. Dem wird der
FC-12D durch den Einsatz eines Keramikgehäuses
und eine patentierte Dreipunkt-Befestigung
gerecht. Für die ESD-
Abschirmung verwendet Epsons FC-12D
ein 4-Pin-Gehäuse mit einem dedizierten
GND-Pin zur faradayschen Abschirmung
des Bausteines.
Epsons FC-12D ist bei der Frequenz von
32,768 kHz mit einer Frequenztoleranz
von ±10 bis ±20 ppm bei 25 °C und einer
Lastkapazität von 6 bis 15 pF verfügbar.
Eine verringerte Partikelkontamination
wird durch Beschichtungstechnologie
erreicht. Der parabolische Faktor wird mit
-0,04 ppm/K 2 , der Drivelevel mit 0,25 µW
maximal angegeben.
■ Epson Europe Electronics GmbH
www.epson-electronics.de
hf-praxis 4/2019 21

Quarze und Oszillatoren
Silizium-MEMS als Taktgenerator und Zeitreferenz
Takt-Quarzoszillatoren
werden mehr und
mehr von MEMS-
Oszillatoren verdrängt.
Warum bringen diese
Vorteile und was sollte
man bei ihrem Einsatz
beachten?
MEMS steht für „mikroelektromechanisches
System“ (Micro-
Electro-Mechanical System).
Ein MEMS-Oszillator besteht
aus einem CMOS-Chip mit Versorgungsschaltkreis,
der für eine
dauerhaft stabile mechanische
Schwingung des MEMS-Resonators
sorgt. Der CMOS-Chip
ist im Wesentlichen eine PLL,
mit der sich die Frequenz im
Testergebnisse
von SiTime-MEMS-Oszillatoren gegenüber quarzbasierten
Oszillatoren
• 54-mal bessere elektromagnetische Störfestigkeit (EMI)
• dreifach bessere Versorgungs-Rauschunterdrückung (PSNR,
Peak Signal-to-Noise Ratio)
• bis zu 30-mal bessere Vibrationsfestigkeit
• bis zu 25-mal bessere Stoßfestigkeit
Diese Vorteile ergeben sich aus Größe und Struktur der
Resonatoren.
Bereich von z.B. 200 kHz bis 1
GHz programmieren lässt, und
zwar mit einer Genauigkeit bis
auf die sechste Dezimalstelle.
Pluspunkte
Die wichtigsten sechs Gründe,
Silizium-MEMS-Timing-
Lösungen statt Quarzoszillatoren
als Zeitreferenz zu nutzen,
sind lt. [1]:
• höhere Leistungsfähigkeit
MEMS-Oszillatoren unterliegen
nicht den Grenzen von Quarzoszillatoren
bei Genauigkeit,
maximal möglicher Grundwellenfrequenz
und Jitter, da sie
eine programmierbare analoge
Architektur verwenden. Besonders
bei hohen Frequenzen sind
Quarzoszillatoren ungenauer.
• bessere Funktionalität
Im Gegensatz zu Herstellern von
Quarzen und Quarzoszillatoren
folgen Silizium-MEMS-Timing-
Unternehmen dem Halbleitermodell
und haben umfangreiches
Knowhow sowohl in der Gestaltung
von MEMS-Resonatoren
als auch im analogen Oszillatorschaltungs-Design.
Diese
Kompetenz auf beiden Gebieten
ermöglicht Funktionen, die von
Quarzoszillatoren nicht geboten
werden. Zu den MEMS-Timing-
Funktionen gehören beispielsweise
eine anpassbare Frequenz
von 1 Hz bis 625 MHz mit bis
zu sechs Dezimalstellen Genauigkeit,
Spread-Spectrum-EMI-
Reduktion, programmierbare
Treiber-Ausgangssignalform,
Betriebsspannung ab 1,2 V sowie
programmierbarer Ziehbereich
bis ±1600ppm bei VCXOs,
VCTCXOs und DCXOs.
• höhere Zuverlässigkeit
Silizium-MEMS-Timing-
Lösungen haben eine FIT-Rate
22 hf-praxis 4/2019

Quarze und Oszillatoren
(Failure in Time) von maximal
2, was als 500 Mio. h MTBF
gedeutet werden kann. Damit
sind sie etwa 15-mal besser als
typische Quarzlösungen.
• bessere Verfügbarkeit
Silizium-MEMS-Timing-Bauelemente
werden in Halbleiterfabriken
und Verpackungsunternehmen
hergestellt und liegen
dort in unprogrammierter Form
(Chips auf Wafern) meist auf
Lager. So kann schnellstmöglich
geliefert werden.
• günstigere Preise
Die Herstellung von MEMS-
Bauelementen aus reinem Silizium
sowie die Verpackung in
ein kostenminimiertes Standard-
Kunststoffgehäuse führen zu
einer nennenswerten Kostenreduzierung.
• SoC-Integration
MEMS-Resonatoren lassen sich
direkt in das Chip-Design des
Kunden integrieren (System on
a Chip, SoC).
Man muss nicht lange suchen,
um noch weitere Vorzüge zu finden.
Beispielsweise sind MEMS-
Oszillatoren in einer Vielzahl
von Industriestandard-SMD-
Gehäusen lieferbar und somit
optimal als Ersatz für Quarzoszillatoren
geeignet. Im Gegensatz
zu Quarzoszillatoren reagieren
MEMS-Timing-Lösungen
sehr verhalten auf Schock und
Vibration. Und last not least
gewährleisten ihre richtige
Verpackung und ihr korrektes
Schaltungs-Design eine höhere
Immunität gegen elektrische
Störungen als sie Quarzoszillatoren
besitzen.
Tipps für Anwender
Wer beim Einkauf auf einen
Spezial-Distributor setzt, dem
steht nicht nur ein großes Sortiment
von Bauteilen verschiedener
Hersteller zur Verfügung,
sondern auch das dazugehörige
Knowhow.
Bei MEMS-Oszillatoren lassen
sich, aufgrund ihrer programmierbaren
Architektur, die meisten
Funktionen mit einem Programmierer
wie SiTime Time
Machine II anpassen. Damit hat
der Anwender eine sehr hohe
Flexibilität und kann in kurzer
Zeit Frequenz, Stabilität und
Versorgungsspannung festlegen.
Unter dem Begriff „Instant-
Oszillatoren“ vermarktet
Endrich Bauelemente seinen
MEMS-Oszillator-Programmier-Service,
den der Spezial-
Distributor inhouse durchführt.
So werden aus Oszillator-Rohlingen
in kurzer Zeit kundenspezifische
Lösungen. „Bei
Auftragserteilung durch den
Kunden werden CMOS- und
MEMS-Dies verpackt, geprüft,
programmiert, gegurtet und
binnen kurzer Zeit versendet.
... Durch das MEMS-Oszillator-Programmierzentrum
sind
bis zu 3000 Stück einer Standardserie
kurzfristig – innerhalb
einer Woche – verfügbar.“ [2]
Grundsätzlich sind die Stabilität
der Taktfrequenz und eine
gute Signalqualität die wichtigsten
Design-Ziele. Für eine
möglichst hohe Zuverlässigkeit,
eine geringe Induktivität der
Anschlussleitungen, ein gutes
thermisches Betriebsverhalten
und eine flexible Gestaltbarkeit
der Kontaktflächen setzt
die Firma SiTime QFN-Kunststoff-Spritzguss-Gehäuse
ein.
Entscheidet man sich für solch
ein Modell, kann man die 0,75
bzw. 0,9 mm flachen Bauelemente
ohne Anpassungen in
bestehende Leiterplatten-Layouts
integrieren.
Es ist wichtig, sich am aktuellen
Stand der Technik zu orientieren,
die Entwicklung ist im Fluss:
„Neuste Innovationen kommen
insbesondere aus dem Bereich
µPower-MEMS-Oszillatoren
mit Ausgangsfrequenzen zwischen
1 und 26 MHz, die z.B.
für den Wearable-, den IoT- oder
Mobil-MarktVorteile bieten.
Besonders interessant ist eine
neue Lösung von SiTime: der
SiT8021 nimmt 90% weniger
Leistung auf, ist um 40% kleiner
und wiegt 70% weniger als herkömmliche
Quarzoszillatoren.
Mit einer Stromaufnahme von 60
µA (3,072 MHz, no load) liegt
er um 90% unter den quarzbasierenden
Produkten und all das
in einem extrem kleinen CSP-
Gehäuse (1,5 x 0,8 mm).“ [3]
KDS hat eine neue MEMS-
Struktur entwickelt, die eine
noch höhere Leistung aufweist.
Sie verwendet eine duale
MEMS-Technologie, enthält
also zwei Resonatoren: einen
neuen MEMS-Resonator, der
widerstandsfähiger gegenüber
Schwingungen und Erschütterungen
als ein Quarz ist, und
einen Resonator, der die Temperatur
erfasst, was eine bessere
und schnellere Kompensation
sicherstellt. Das eröffnet vielfältige
Anwendungen, bei denen
hohe Qualitätsanforderungen
bestehen. „Die neue KDS-Bauweise
ermöglicht zudem extrem
jitterarme differenzielle Oszillatoren.
Diese differenziellen
Oszillatoren wurden für den
Hochgeschwindigkeits-Datenverkehr
wie 10G-, 40G- und
100G-Ethernet konzipiert, der
nach Frequenzen über 100 MHz
verlangt. Diese Anwendung
erfordert einen differenziellen
Output, bei dem Signale, die
exakt entgegengesetzte Phase
aufweisen, um Gleichtakt-Störspannung
zu vermeiden und
eine hohe Systemperformance
zu gewährleisten.“ [4]
MEMS für die
5G-Infrastruktur
„Mit der Emerald-Platform von
SiTime können die Betreiber
5G-Geräte unter rauen Umwelteinflüssen
einsetzen und zuverlässig
missionskritische Dienste
bereitstellen. ... Die Emerald-Platform
von SiTime ist
laut Vashist der erste thermisch
kontrollierte MEMS-Oszillator
(OCXO) in der Branche. OCXOs
sind in ihrer Leistung beim
Timing unübertroffen. Sie sind
kritische Komponenten für den
zuverlässigen Betrieb aller Kommunikationsnetze.
Quarzbasierte
OCXOs reagieren jedoch äußerst
empfindlich auf Störungen aus
der Umgebung, wie Vibrationen,
Temperaturänderungen
und Vibrationen. Sie können die
Leistung des Netzwerks beeinträchtigen,
die Verfügbarkeit
verringern und missionskritische
Dienste wie Fahrerassistenzsysteme
(ADAS) stören. Die Emerald-OCXOs
von SiTime lösen
diese Probleme.“ [5]
Denn wegen der Empfindlichkeit
herkömmlicher Quarz-OCXOs
mussten die Kunden zahlreiche
Vorkehrungen treffen, um einen
zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten.
Eines der größten Probleme
war die Position der
Leiterplatte mit dem OCXO.
Sie muss so weit wie möglich
von Störfaktoren wie Temperatursprüngen
durch Hitze und
Luftströme entfernt angeordnet
werden. Das verkompliziert das
Routing und schafft Probleme
bei der Signalintegrität. Emerald-MEMS-OCXOs
vermeiden
all diese Probleme. Sie vereinfachen
die Entwicklung, verkürzen
die Entwicklungszeit, sorgen
für eine schnellere Profitabilität
und verbessern gleichzeitig die
Systemleistung.
Muster der Emerald-MEMS-
OCXOs SiT5711/12 sind für
ausgewählte Kunden ab sofort
verfügbar. Produktionsmengen
werden ab dem zweiten Quartal
2019 verfügbar sein, etwa
bei Katalog-Distributoren wie
Digi-Key. FS
Quellen:
[1] Axel Gensler, Dr. Aaron Partridge,
Thomas Kuther: Sechs
Gründe, warum Sie auf Silizium-MEMS
als Zeitreferenz
setzen sollten, „Elektronikpraxis“
5/2016
[2] Karin Zühlke: Instant-Oszillatoren
- Kundenspezifische
MEMS-Oszillatoren in einer
Woche, elektroniknet 19.10.2017
[3] Fa. Endrich: Moderne Frequenzquellen
- Warum MEMS-
Oszillatoren den Markt der
Zukunft bestimmen werden, Einkaufsführer
2017/2018 hf-praxis
[4] Yasunobu Ikuno: Mit
MEMS-Oszillatoren gehen
Taktgeber einen Schritt weiter,
26.10.2017, www.industr.
com/de
[5] Thomas Kuther: MEMS-
Ozillator löst Timing-Probleme
bei 5G-Anwendungen, 6.11.18,
www.elektronikpraxis.vogel.de
hf-praxis 4/2019 23

Quarze und Oszillatoren
Ultra-Low Current Miniature
Crystal Oscillators
Euroquartz has launched a new range of
miniature crystal oscillators from Statek,
Inc. offering ultra-low current and developed
for high reliability applications.
Hermetically sealed in a highly reliable
ceramic housing, the new CXOU oscillator
is available in frequencies from 32.768
to 100,000 kHz. The CXOU offers ultralow
current consumption from 1.75 to 3.9
µA depending on frequency output with
start-up voltages from 0.9 to 5 V. Standard
calibration tolerances are ±20, ±50
and ±100ppm with tighter bands available
to special order if required. Typical startup
time is 200 ms with rise/fall times of
30 ns while ageing is ±2ppm for first year.
Standard CMOS output load is 10 pF with
other loads available to special order. The
new crystal oscillators are also capable of
withstanding peak shock up to 5,000 g
(0.3 ms ½ sine).
Housed in a non-magnetic, helium-impermeable
ceramic package and lid measuring
just 1.2 x 2 x 0.76 mm, the CXOU range of
oscillators is ideal for use in many medical
implantable applications including pacemakers,
defibrillators and neuro devices
as well as external medical products. With
full military testing per MIL-PRF-55310
available to order, the oscillators are also
suitable for many defence and aerospace
applications. Additional features and specifications
include tristate enable/disable
options and operating temperature ranges
for commercial (0 to 70 °C), industrial (-40
to +85 °C) and military (-55 to +125 °C)
applications. Process temperature rating is
260 °C for 2 min maximum. Statek CXOU
oscillators are available in tray packs or
12 mm carrier tape 178 or 330 mm reels
(EIA481).
■ Euroquartz, Ltd.
www.euroquartz.co.uk
Ein Oszillator – vier
Frequenzen
Mercury Electronic Taiwan stellt
mit seiner Hochleistungs-Quarzoszillatoren-Serie
QuickXO
HC_JF eine Möglichkeit zur Verfügung,
mit nur einem Oszillator
zwischen vier verschiedenen
Frequenzen zu wechseln.
Die schnell verfügbaren und
kostengünstigen QuickXO-
Oszillatoren sind in einem
SMD-Keramikgehäuse mit der
Bauform 7 x 5 mm verbaut und
können mit einer Versorgungsspannung
von 1,8, 2,5 oder 3,3
CelsiStrip ®
Thermoetikette registriert
Maximalwerte durch
Dauerschwärzung.
Bereich von +40 ... +260°C
GRATIS Musterset von celsi@spirig.com
Kostenloser Versand ab Bestellwert
EUR 200 (verzollt, exkl. MwSt)
www.celsi.com
www.spirig.com
V geliefert werden. Erhältlich
sind die Oszillatoren im Frequenzbereich
von 15 bis 2100
MHz mit einer breiten Auswahl
an gängigen Signalausgängen
einschließlich LVCMOS (bis
zu 250 MHz), LVPECL, LVDS
und CML. Auch HCSL-Differentialausgänge
sind bis zu 700
MHz verfügbar.
Innerhalb des Frequenzbereichs
können vier Ausgangsfrequenzen
voreingestellt werden,
zwischen denen mittels
zweier logischer Steuerflächen
umgeschaltet werden kann. Die
Frequenzauswahlzeit beträgt
maximal 2,5 ms. Dadurch eignet
sich die HC_JF-Serie optimal
für Multiprozessorplatinen, bei
denen mehrere Frequenzen für
verschiedene Prozessoren erforderlich
sind. Statt vier verschiedener
Oszillatoren, die aufeinander
abgestimmt werden müssen,
können die vier Frequenzen alle
von einer Takteinheit synchronisiert
werden.
Des Weiteren bieten die
QuickXO-Oszillatoren Frequenzstabilitäten
von ±25, ±50
oder ±100ppm, sowohl über
den kommerziellen Temperaturbereich
von -10 bis +70 °C
als auch über den industriellen
Temperaturbereich von -40 bis
+85 °C sowie einen geringen
Phasenjitter von maximal 150
fs, wodurch sie sich besonders
für Hochfrequenzanwendungen
eignen. Für technische Beratung,
Angebots- oder Musteranfragen
sprechen Interessenten den
offiziellen Distributor, die WDI
AG, an.
PCIM, Halle 7, Stand 321
■ WDI AG
info@wdi.ag
www.wdi.ag
Multiband-GNSS-
Timing-Modul für
5G-Mobilfunknetze
Zuverlässiges Timing und hohe
Synchronität in kommenden
5G-Mobilfunknetzen garantiert
das neue GNSS-basierte Timing-
Modul ZED-F9T von u-blox.
Das nur 17 x 22 mm große Multiband-Timing-Modul
ist in der
Lage, Ionosphärenfehler aller
GNSS-Satellitenkonstellationen
ohne Zuhilfenahme eines externen
GNSS-Korrekturdienstes
zu kompensieren, wodurch der
Timing-Fehler bei guten Empfangsbedingungen
weniger als 5
ns beträgt. Integrierte differentielle
Timing-Modi, die Korrekturdaten
mit anderen benachbarten
GNSS-Timing-Empfängern
über ein Kommunikationsnetzwerk
austauschen, tragen zu
einer zusätzlichen Steigerung
der Genauigkeit bei.
Zu den Ausstattungsmerkmalen
des ZED-F9T zählen
neben Sicherheitsfunktionen
wie Secure Boot auch sichere
Schnittstellen und ein Time-
Receiver Autonomous Integrity
Monitoring (T-RAIM). Ein On-
Board-Diplexer mit zwei nachgeschalteten
SAW-Filtern garantiert
darüber hinaus eine hohe
Signalselektivität und Störsignalunterdrückung.
Untergebracht ist das GNSS-
Ti m i n g - M o d u l i n e i n e m
54-poligen Land-Grid-Array-
Gehäuse, wobei ein gemeinsamer
HF-Eingang für alle
GNSS-Bänder den Antennenanschluss
vereinfacht. Weitere
Informationen zum ZED-F9T
können unter u-blox@spezial.
com angefordert werden.
■ SE Spezial-Electronic GmbH
www.spezial.com
24 hf-praxis 4/2019

Quarze und Oszillatoren
Größenreduzierter
Disciplined-OCXO
IQDs neues Disciplined-OCXO-
Modul IQCM-160 kommt
in einem 30 x 25 x 14,6 mm
kleinen, hermetisch dichten
Through-Hole-Metallgehäuse,
das nur ungefähr die Hälfte der
Fläche des aktuellen Models
benötigt. Ist der IQCM-160 mit
einem 1PPS-Signal (Pulse per
Second) einer externen GPS-,
Glonass-, Beidou-, Galileooder
alternativen Quelle gekoppelt,
erreicht er einen Holdover
von 1,5 µs über einen Zeitraum
von 8 h.
Das Design beinhaltet einen
internen adaptiven Algorithmus,
welcher es dem Modul
ermöglicht, die Parameter des
GPS-Signals nach einem Zeitraum
von zwei Tagen der Synchronisation
zu „lernen“, sodass
die Holdover-Funktion im Falle
eines Signalausfalls gestartet
werden kann. Ein eingebauter
interner Alarm meldet einen Fehler
in der Synchronisation und
die folgende Wiederherstellung
des Signals. Zusätzlich beinhaltet
das Modul einen speziellen
Anschluss zum detaillierten
Abfragen der Bauteilperformance.
Die Frequenzgenauigkeit
beträgt ±0,005ppb, wenn die Frequenz
mit einem externen 1PP-
Signal synchronisiert ist, und
kann so mit der Leistung vieler
Atomuhrreferenzen mithalten.
Der Standardarbeitstemperaturbereich
des Moduls liegt bei -40
bis +85 °C. Bei einer benötigten
Versorgungsspannung von 3,3 V
liefert es ein Standard-HCMOS-
Ausgangssignal. Der Stromverbrauch
liegt bei lediglich
maximal 750 mA während des
Aufwärmens und 350 mA nach
Erreichen des eingeschwungenen
Zustands.
Der IQCM-160 bietet einen
1PPS- und einen 10-MHz-Ausgang
sowie eine UART-Schnittstelle
für Software-Verwaltung
mit einer festen Baudrate von
115.200 unter Verwendung eines
Stoppbits und keiner Parität.
Der IQCM-160 ist für eine Vielzahl
von Anwendungen gedacht,
darunter landgestützte Telekommunikationssysteme
sowie
Seenavigationssysteme. Er ist
Teil einer Reihe von hochspezialisierten
Modulen und ofengesteuerten
Quarzoszillatoren
(OCXOs), die bei IQD als Bulkware
entweder direkt oder über
deren große Auswahl an Distributoren
weltweit erhältlich sind.
Weitere Informationen stehen
auf der IQD-Webseite unter
www.iqdfrequencyproducts.de
bereit. Für weitere Hilfe und
Unterstützung kann zudem das
Applications Support Team kontaktiert
werden.
■ IQD Frequency Products,
Ltd.
www.iqdfrequencyproducts.
de
SMD-OCXO in sehr
kleinem hermetisch
dichtem Gehäuse
Die KVG Quartz Crystal Technology
GmbH präsentiert einen
neuen hermetisch dichten SMD-
OCXO mit voller Stratum-3-Performance
und sogar noch besser.
So wird zum Beispiel eine
Gesamtstabilität von ±0,16ppm
über alles für 24 h unter Worstcase-Bedingungen
garantiert.
Unter Verwendung von sehr
kleinen, aber hochpräzisen SC-
Schnitt-Quarzen haben die Ingenieure
bei KVG neue hochstabile
OCXOs entwickelt, die das
mögliche Anwendungsspektrum
erheblich erweitern. Die neue
OCXO-Serie O-9000-HS ist im
nur 14 x 9 x 8,5 mm messenden
SMD-Gehäuse untergebracht.
Trotz der geringen Abmessungen
G-kompensierte
OCXOs für 5...130
MHz
erreichen diese OCXOs eine Frequenzstabilität
besser als ±10ppb
im Temperaturbereich von -20
bis +70 °C. Sogar für den industriellen
Temperaturbereich von
-40 to +85 °C werden die Anforderungen
an die Frequenzstabilität
gemäß Telcordia-Standard
GR-1244 und GR-253-Core
Stratum 3 bzw. ANSI Clock
T1.101 bzw. des Europäischen
Standards ITU-T G.812 Type IV
und G.813 Option 1 eingehalten.
Diese schreiben eine Frequenzstabilität
von besser als ±4,6ppm
über 20 Jahre und eine 24-h-Holdover-Stabilität
besser als 0,32
ppm peak-to-peak vor.
Anmerkung: die meisten TCXOs
– auch wenn sie als Stratum
3-tauglich spezifiziert sind – sind
nicht in der Lage die Worst Case
Bedingungen für Stratum 3 einzuhalten.
Ein echtes Stratum-3-Teil
muss 0,32ppm peak-to-peak Holdover-Stabilität
einhalten. Sogenannte
Stratum-TCXOs werden
normalerweise mit einer Temperaturstabilität
von ±0,28ppm
plus Alterung von ±0,02ppm
sowie Versorgungsspannungsschwankung
von ±0,02ppm, also
insgesamt ±0.32ppm spezifiziert,
Die Poseidon-Serie ethält
G-kompensierte OCXOs von
Bliley Technologies, die auf
Frequenzen zwischen 5 und
130 MHz arbeiten. Sie sind
speziell designed für Resistenz
gegen hohe Vibration,
also z.B. für Umgebungen,
wo eine dynamische Phasenrausch-Performance
von extremer
Bedeutung ist. Die aktive
Kompensation und die passive
Isolation führen zu einer 100-
mal besseren Leistungsfähigkeit
gegenüber Standardoszillatoren.
Diese OCXOs haben ein Phasenrauschen
von -130 dBc/Hz
bei 10 HzAbstand und eine
Beschleunigungsempfindlichkeit
(Acceleration Sensitivity)
von 0,02 ppb/G für alle drei
Achsen. Die Oszillatoren sind
lieferbar in einem modularen,
robusten Gehäuse und weisen
eine exzellente Temperaturstabilität
auf. Die Produkte
vom Typ LGBA2 (Poseidon
Series) liefern am Ausgang ein
13-dBm-Sinussignal, arbeiten
an 11,4...15,75 V und benötigen
eine Abstimmspannung
von 0 bis 5 V. Zum Phasenrauschen:
-170 und -95 dBc/
Hz, 1 kHz -160 und -152 dBc/
Hz, 10 kHz -170 und -165
dBc/Hz, 100 kHz -170 und
-165 dBc/Hz.
■ Bliley Technologies
www.bliley.com
sind also doppelt so schlecht wie
diese OCXOs.)
Darüber hinaus bietet dieser
OCXO eine bemerkenswert
geringe Leistungsaufnahme
von nur 500 mW im Dauerbetrieb.
Die Oszillatoren werden
mit 3,3 V betrieben und haben
einen HCMOS-Ausgang. Standardfrequenzen
sind typischerweise
10, 12,8, 19,2, 20, 25 und
38,88 MHz. Kundenspezifische
Frequenzen sind nach Rücksprache
mit KVG erhältlich. Muster
sind erhältlich auf Anfrage.
Typische Anwendungen sind
Netzwerk und Synchronisationseinheiten
und allgemein Systeme
für die professionelle Telekommunikation.
Weitere mögliche
Anwendungen sind Frequenzquellen
für GSM oder WIMAX-
Basisstationen. Sogenannte Picocell-
und Femtocell-Basisstationen
verlangen sehr kleine und
auch preiswerte OCXOs mit
guter Holdover-Stabilität über
mehrere Tage.
■ KVG Quartz Crystal
Technology GmbH
info@kvg-gmbh.de
www.kvg-gmbh.de
hf-praxis 4/2019 25

Titelstory
Die quarzlose Alternative
MEMS-basierte Taktgeber
Seit Jahrzehnten
sorgen quarzbasierte
Oszillatoren als
Taktgeber für stabile
Frequenzen und für
viele Anwendungen
gelten sie immer noch
als das Optimum.
Autor:
Hendrik Nielsen
Inside Sales Specialist FCP,
WDI AG
hnielsen@wdi.ag
Vor etwas mehr als zehn Jahren
kam mit den mikroelektromechanischen
Systemen (MEMS)
eine Alternative auf den Markt,
bei der anstelle des Quarzes ein
MEMS-Resonator eingesetzt
wird. Seitdem gewinnt die neue
Technologie der MEMS-basierten
Oszillatoren immer mehr an
Bedeutung.
Doch was steckt im Gehäuse der
quarzlose Alternative und welche
Vorteile kann diese Technologie
bieten?
Technische
Grundlagen
Die MEMS-Resonator-Produkte
von Microchip gingen
aus Forschungen an der University
of Michigan hervor.
Die Arbeiten gehörten zu den
ersten, in denen die vorhandene
MEMS-Resonator-Technologie
für echte Funk- und Zeitgeber-
Anwendungen nutzbar gemacht
wurde. Das Microchip-Resonator-Design
wird als FFS-Resonator
(Free-Free Beam Short
Support) bezeichnet, der eine
Iteration des an der University
of Michigan entwickelten „Free-
Free-Beam“-Resonators ist. Das
in Bild 1 gezeigte FFS-Design
verwendet kurze Ankerstützen
zur Stabilisierung des Designs
und besteht aus einem breiten
Resonatorbalken, um die Belastbarkeit
zu verbessern – ein entscheidendes
Merkmal für das
Oszillator-Design. Der Balken
ist nur an den vier Ankerpunkten
befestigt, sodass der Resonator
frei beweglich bleibt. Im
Vergleich zu Quarzen ist der
FFS-Resonator – mit nur 50 x
30 µm für ein 18-MHz-Bauelement
– extrem kompakt.
Um eine akkurate Frequenzausgabe
zu gewährleisten, ist der
MEMS-Resonator – wie sein
Quarz-Pendant – auf eine sehr
präzise mechanische Schwingung
angewiesen. Der FFS-
Resonator ist dem klassischen
Beispiel eines frei gelagerten,
schwingenden Balkens sehr
ähnlich und tatsächlich ähnelt
er einem Xylophon-Klangstab.
Wie beim Xylophon „klingt“
der Resonator nur mit einer
ganz bestimmten Frequenz,
die anhand der Materialeigenschaften
und der Abmaße
(Länge, Breite und Dicke) ausgewählt
werden kann, s. Bild 2.
Die Verwendung des MEMS-
Resonators in einem Oszillator
erfordert eine Umwandlung
von elektrischer in mechanische
Energie. Ein Oszillator
mit Schwingquarz nutzt hierfür
das Grundprinzip des piezoelektrischen
Effektes: Wird ein
elektrischer Impuls über die aufgedampften
Elektroden an das
Quarzplättchen (Siliziumdioxid,
SiO 2 ) gelegt, verformt sich die
Kristallgitterstruktur. Dies wiederum
hat eine Ladungsverschiebung
zur Folge, die ihrerseits ein
elektrisches Signal (Spannung)
bewirkt. Verstärkt durch einen
26 hf-praxis 4/2019

Titelstory
Bild 1: FFS-Resonator unter dem Rasterelektronenmikroskop
Bild 2: Übertriebene Darstellung der Schwingung des FFS-Resonators
während des Betriebs
Inverter (Rückkopplung), fängt
der Quarz unter bestimmten
Bedingungen an, auf seiner
Resonanzfrequenz zu schwingen.
Die Frequenz wird dabei
maßgeblich durch Größe, Dicke
und Form des Quarzkristallblättchens,
auch Blank genannt,
sowie den Materialkonstanten
bestimmt.
Der Resonator eines MEMSbasierten
Oszillators besteht aus
Polysilizium, das im Gegensatz
zu Quarz nicht piezoelektrisch
ist. Der Resonator basiert auf
einer mechanischen Struktur, die
im speziellen Halbleiterprozess
auf einem Silizium-Wafer hergestellt
wird. Die Seitenwände der
MEMS-Resonatorstruktur bilden
eine Kapazität gegenüber den
äußeren feststehenden Elektroden.
Durch ein elektrisches Feld
wird die Resonatorstruktur zum
Schwingen angeregt.
MEMS-Oszillatoren arbeiten
immer mit einer indirekten Frequenzerzeugung.
Dazu verfügt
das Oszillator-ASIC über eine
programmierbare PLL, die Ausgangsfrequenzen
beispielsweise
im Bereich von 1 bis 150 MHz
bei einer Schrittweite von typischerweise
100 Hz generiert.
Die MEMS-basierten Oszillatoren
bestehen aus dem winzigen
MEMS-Resonatorchip, der auf
ein CMOS-ASIC gesetzt wird
und drahtgebondet ist. Nach
dem Kunststoffspritzgießen,
Markieren und Prüfen wird das
Endprodukt in ein Kunststoff-
VDFN-Package eingesetzt.
Das Gehäuse des Oszillators
spielt auch bei der MEMSbasierten
Variante eine entscheidende
Rolle. Um Isolierung und
Schutz zu gewährleisten, hat
man bei Quarzresonatoren in der
Vergangenheit auf hermetisch
dichte Metall- und/oder Keramikgehäuse
gesetzt. Bei MEMS-
Resonatoren, die zur Erzielung
hoher Qualitätsfaktoren ein
Vakuumgehäuse auf Waferebene
benötigen, kann der Verschlussund
Versieglungsprozess direkt
in den Fertigungsprozess integriert
werden. Dies senkt nicht
nur die Kosten, sondern erhöht
zugleich die Zuverlässigkeit.
Das entstandene Wafer-Level-
Package kann in einer Vielzahl
von IC-Gehäusen, von Keramik
über die gesamte Palette von
Spritzgussgehäusen bis hin zu
Chip-Scale-Packages, verwendet
werden.
Bild 3 zeigt den Aufbau eines
traditionellen Quarzoszillators,
während Bild 4 den Aufbau eines
MEMS-basierten Oszillators
darstellt. Bild 5 ist die schematische
Darstellung eines MEMS-
Oszillators.
Praktischer Aufbau
Bild 6 bringt das Blockschaltbild
des Microchip DSC2xxx,
ein typischer Aufbau. Der
MEMS-Oszillator besteht aus
dem MEMS-Resonator auf der
linken Seite, der mit der CMOS-
ASIC auf der rechten Seite verbunden
ist. Der Resonatorchip ist
mit den drei ASIC-Schnittstellen
res1, res_agnd und res2 verbunden.
Durch die Kombination von
Resonator und Referenzoszillatorblock
(REF OSC) entsteht
ein Oszillator, dessen Frequenz,
ähnlich wie bei einem Quarzoszillator,
vom Resonator gesteuert
wird. Die Resonanzfrequenz
des in diesem Produkt verwendeten
Resonators und des Referenzoszillatorausgangs
beträgt
etwa 18 MHz.
Der Referenzoszillator treibt
einen Phasenregelkreis (PLL)
an, der die Frequenz an den
Bild 3: Aufbau eines traditionellen Quarzoszillators
gewünschten Oszillator oder
Taktausgang überträgt. Die
Auflösung der Ausgangsfrequenz
ist sehr fein, in der Regel
100 Hz oder weniger. Der PLL
steuert zwei programmierbare
Teilerketten (÷M1, ÷M2) und
zwei programmierbare Puffer
(DRIVERS). CMOS, LVDS,
LVPECL und HCSL sind hier
abfragbar. Ein einmal beschreibbarer,
programmierbarer nichtflüchtiger
Speicher (OTP) auf
dem Chip und ein Kreuzschienenschalter
sind entscheidend
für die Flexibilität des Produkts.
Hier werden PLL- und Teilerwerte
(für die Einstellung der
Ausgabefrequenz) gespeichert
hf-praxis 4/2019 27

Titelstory
Bild 4: Aufbau eines MEMS-basierten Oszillators.
Bild 5: Schematische Darstellung eines MEMS-Oszillators
sowie weitere Einstellungen wie
Temperaturkalibrierung, Wahl
des Ausgabeprotokolls, Steuerung
der Anstiegs- und Abfallzeit,
Aktivierung des Pin-Pullup/-down
und vieles mehr.
Der Temperatursensor (TEMP
SENSOR) erzeugt eine digitale
Darstellung der Chip-Temperatur,
die an die PLL weitergegeben
wird, um die natürlichen
Spannen in der absoluten Frequenz
des Resonators sowie dessen
Temperaturkoeffizienten zu
korrigieren.
Das System wird in der Fertigung
kalibriert und das Ergebnis
ist eine Ausgangsfrequenz, die
auf etwa 100 Hz programmierbar
und über erweiterte Temperaturbereiche
mit bis ±10ppm extrem
stabil ist (s. Bild 7).
Vorteile einer
MEMS-Lösung
MEMS-Oszillatoren sind für die
meisten Standardanwendungen
problemlos geeignet. Jedoch ist
zu beachten, dass sie ein vergleichsweise
hohes Phasenrauschen
und einen höheren Jitter
aufweisen können.
Wird die Frequenz eines Oszillators
mithilfe einer PLL erzeugt,
hat das Ausgangssignal meist
höhere Werte für Jitter bzw.
Bild 6: Blockschaltbild des Microchip DSC2xxx
28 hf-praxis 4/2019

Titelstory
Faktor Quarzoszillator MEMS-Oszillator Funktionsmerkmale
Frequenzstabilität
über den
Temperaturbereich
Phasenrauschen als bei direkter,
ausschließlich quarzbasierter
Frequenzerzeugung. Das gilt
natürlich auch für die MEMS-
Oszillatoren, deren Oszillator-
ASIC stets PLL-basiert arbeitet.
Mittlerweile kommen aber
hochentwickelte ASIC/PLL-
Bausteine zum Einsatz, deren
Jitter-Spezifikation einen Vergleich
mit anderen PLL-Oszillatoren
und selbst mit quarzbasierten
Oszillatoren nicht mehr
scheuen muss.
mittel optimal MEMS bietet ±10 ppm über einen
weiten Temperaturbereich und
eine überlegene Alterung.
Größe gut optimal MEMS bietet eine extrem
kleine Grundfläche (1,6 x
1,2 mm) – branchenführend in der
Größenreduktion
Zuverlässigkeit mittel optimal MEMS-Wafer in hermetischer
Versiegelung, getrennte Gehäuse
für Quarz und ASIC
Close-in-Jitter/
Phasenrauschen
gut mittel quarzbasierter Oszillator ist
überlegen mit reduziertem
Close-in-Phasenrauschen, bei
hohem Frequenz-Offset MEMSund
quarzbasierter Oszillator
vergleichbar
Funktionen schlecht optimal wählbare Frequenzen an einem
Ausgang, jederzeit OTPprogrammierbar
bei jeder
Frequenz
Start-up mittel optimal MEMS erreicht schnelle
Anlaufzeiten (

HF-Technik
Einfach und erschwinglich
RMS-Leistungsmesser für 100 MHz bis 40 GHz
Aufmacher-Darstellung deutlich.
Hier wurde mit der verfügbaren
Demo-Schaltung zum
LTC5596 (DC2158A), einem
I²C-LC-Display und dem Linduino-Board,
auf dem ein kurzes
Demo-Programm läuft, ein breitbandiger
HF-Leistungsmesser
implementiert (s. Kasten und
Stückliste).
Mit dem Baustein
LTC5596 lässt sich
ein breitbandiger
Leistungsmesser im
Handheld-Format oder
für den direkten Einbau
in eine Schaltung
realisieren.
Analog Devices, Inc.
www.analog.com
RMS-HF-Leistungsmesser werden
in großem Umfang eingesetzt,
um die Leistung von
Signalen mit variierenden Crest-
Faktoren (Scheitelfaktoren) präzise
zu messen. Diese teuren,
anschlussfertigen Geräte bieten
ein hohes Maß an Genauigkeit,
erfordern aber auch umfangreiche
Charakterisierungs- und
Kalibriermaßnahmen. Die hohe
Präzision muss überdies mit
großen Abmessungen und einem
hohen Preis erkauft werden.
Deutlich kostengünstiger und
platzsparender geht es dagegen
mit dem LTC5596, einem für
Frequenzen von 100 MHz bis
40 GHz geeigneten IC mit RMS-
Charakteristik und einem Messbereich
von 35 dB oder mehr.
Mit diesem Baustein lässt sich
ein breitbandiger Leistungsmesser
im Handheld-Format oder
sogar für den direkten Einbau
in eine Schaltung realisieren.
Einfacher Aufbau,
einfaches Kalibrieren
Die gut definierte dB-lineare
Übertragungsfunktion des
LTC5596 und sein sehr flacher
Frequenzgang machen das Kalibrieren
einfach. Eine herkömmliche
Zweipunkt-Kalibrierung
in der Mitte des Frequenzbereichs
reicht aus, um von 150
MHz bis 30 GHz auf eine Messgenauigkeit
von ±1 dB zu kommen.
Die nur 100 mW betragende
Leistungsaufnahme des
LTC5596 und sein integrierter
Aufbau machen den Baustein
für In-Circuit- und Handheld-
Leistungsmesser geeignet.
Wie einfach eine komplette
Lösung ist, wird an der batteriebetriebenen
Schaltung in der
Beschreibung
LTC5596-Demo-Board
Arduino-Board
I²C-LCD
9-V-Batterie Block
Kabel
Die bescheidene Stückliste
Bild 1 gibt Auskunft darüber, wie
die Anwendung zu verschalten
ist. Das Linduino-Board besitzt
mehrere ADC-Eingänge in der
analogen IN-Bank. Im vorliegenden
Fall wird A0 genutzt,
um den Ausgang des Detektors
LTC5596 abzutasten. Die
Tatsache, dass das Display ein
I²C-Interface besitzt, vereinfacht
den Anschluss an das Linduino-
Board. Die gesamte Schaltung,
einschließlich des LTC5596-
Boards und des Steckverbinders,
wird vom Auxiliary Port
des Linduino-Boards mit Strom
versorgt.
Firmware
Die Hauptaufgabe der komplett
auf dem Linduino-Board
laufenden Firmware ist es, die
gemessene analoge Eingangsspannung
(in Volt) in einen HF-
Leistungswert (in dB) umzuwandeln
und das Resultat auf dem
LCD darzustellen. Hierfür wird
eine Zweipunkt-Kalibrierung
empfohlen, um die Steigung
der linearen Übertragungsfunktion
(V OUT vs. HF-Leistung) des
LTC5596 und ihren Schnittpunkt
mit der X-Achse zu ermitteln.
Typ
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Linduino DC2026C oder
kompatibel
LC-Display-Modul Smraza
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30 hf-praxis 4/2019

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HF-Technik
Bild 2: V OUT /Eingangsleistungs-Kennlinie des LTC5596. Die beiden
Kalibrierpunkte sollten entsprechend dem Betriebsbereich der Applikation
gewählt werden
zu einem einfachen Vorgang.
Zur Sicherstellung der Genauigkeit
reicht eine Kalibrierung
an zwei (auf Wunsch auch an
mehr) Punkten aus.
In Bild 2 ist die Zweipunkt-Kalibrierung
einer typischen Kennlinie
des LTC5596 bei 5,8 GHz
zu sehen.
Mit den beiden Punkten lassen
sich die Steigung und der
Schnittpunkt mit der X-Achse
ermitteln. In diesem Beispiel gilt:
Bild 1: Darstellung der Leitungsverbindungen
Das Resultat ist der folgende
lineare Ausdruck:
y = (x – b)m
Darin ist x die Eingangsleistung
in dBm, y ist V OUT , also die Ausgangsspannung
des LTC5596
(diese ist direkt proportional zum
ADC-Code), m ist die Steigung
und x ist der Schnittpunkt mit
der X-Achse, an dem V OUT zu
null wird. Die Firmware berechnet
x auf Basis des gemessenen
y-Werts, während die Werte von
b und m aus der Kalibrierung
bezogen werden (Erläuterung
s.u.). Durch Mittelwertbildung
aus mehreren Messungen lassen
sich die Auswirkungen des
Rauschens minimieren.
Der eingebaute ADC des Linduino-Boards
bietet eine Auflösung
von 10 Bit, sodass ein
LSB ungefähr 4,9 mV entspricht.
Die typische Steigung
des LTC5596 beträgt 28,5 mV/
dB, was zu einer Messauflösung
von etwa 0,2 dB führt. Der im
Anhang gezeigte exemplarische
Firmwarecode wird für 5,8 GHz
verwendet, um die Eingangsleistung
in dBm anzuzeigen.
Kalibrierung
Obwohl der LTC5596 eine dBlineare
Übertragungsfunktion
besitzt, ist es aufgrund von
Exemplarstreuungen unvermeidlich,
dass die Steigung und der
Schnittpunkt der Übertragungsfunktion
in einem gewissen
Bereich variieren. Die Linearität
der Übertragungsfunktion
macht das Kalibrieren allerdings
Bild 3: Fehler des LTC5596 als Funktion der Eingangsleistung nach erfolgter
Kalibrierung. Der lineare Dynamikbereich liegt etwa zwischen -40 und +3
dBm
32 hf-praxis 4/2019

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HF-Technik
Beispielcode für das Linduino-Board zum Umwandeln des ADC-
Ausgangscodes in einen dBm-Wert und zum Ansteuern des Displays
#include
#include
LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F,20,4); // set the LCD address to 0x3F for a 20 chars and 4 line display
int analogPin = 0; //set up analog IN channel 0 double val = 0;
double slope = 0.0285; // slope in Volts per dB double xint = -39; //log intercept in dBm @5.8GHz double power = 0.0;
double totalval=0.0; void setup()
{
lcd.init(); // initialize the lcd lcd.backlight(); lcd.setCursor(0,0);
lcd.print(“LTC5596 RMS DETECTOR”);
lcd.setCursor(8,3); lcd.print(“dBm”);
}
void loop()
{
for(int i=0;i

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0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000
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HF-Technik
Das NB-IoT-Signal im LTE-Spektrum
spielt der NB-IoT-Inband-Modus
eine große Rolle.
Grundlagen des NB-
IoT-Inband-Signals
NB-IoT-Signale können in verschiedenen
Implementationsarten
vorkommen; die verbreitetste
Art entspricht der frühsten
Stufe dieser Technologie und ist
der sogenannte Inband Mode.
Dabei belegt das Signal 180
kHz oder grundsätzlich einen
sogenannten Physical Resource
Block (PRB), also einen passenden
Abschnitt innerhalb des
LTE-Breitband-Trägerspektrums
wie im Aufmacherbild dargestellt.
Dies hebt die existierende
4G-Funk-Zugriffs-Infrastruktur
gewissermaßen auf ein neues
Niveau und erlaubt den Betreibern
mobiler Services die Ausweitung
ihrer Aktivitäten auf
neue IoT-Services durch ein
simples Upgrade ihrer e-Node
B (eNB) Software.
Da der NB-IoT-Träger ein eigenständiges
Netzwerksignal, das
einen einzigen PRB nutzt, darstellt,
kann der zugewiesene PRB
für andere Services (mit)genutzt
werden, wenn kein IoT-Verkehr
abläuft. Sowohl LTE als auch
NB-IoT sind in Infrastruktur
und Spectrum voll integriert. Der
Planungsblock (Scheduler) in
Die Betreiber zellularer
Funknetze müssen sich
auf die Anforderungen
des heranwachsenden
IoT-Markts einstellen.
In diesem wird
das Narrow-Band
Internet of Things
(NB-IoT) schnell eine
herausragende Rolle
einnehmen. Es ist daher
unvermeidlich, das
NB-IoT-Signal näher
kennen zu lernen.
Die Narrow-Band-IoT-Technik
wurde so entwickelt, dass damit
ein einfaches Upgrade möglich
ist für die neuen und existierenden
Funkzellen (sowohl
Macro-Basisstationen als auch
Small Cells), die aktuell mit 4G
in Form von LTE arbeiten. NB-
IoT nutzt die selben Frequenzbänder,
für welche die Anwender
drahtloser Netzwerke exklusive
Nutzerrechte haben, was es ermöglicht,
die typische Verfügbarkeit
und die typische Quality
of Service wie bei durchschnittlichen
Kunden zellularer Netzwerke
zu ermöglichen.
Für diese IoT-Anwendungen mit
geringem bis moderatem Datendurchsatz
ermöglicht NB-IoT
eine bessere Abdeckung und eine
bessere spektrale Effizienz in
herausfordernden Umgebungen,
besonders im Vergleich zu anderen
verfügbaren Low-Power/
Wide-Area-Network-Lösungen
(LPWAN).
Trotz dieser Vorteile müssen
Anbieter dieser Drahtlostechnik
absichern, dass LTE-Breitband-
Netzwerke und neue NB-IoT-
Services harmonisch nebeneinander
arbeiten können, ohne
jeweils die erforderliche Quality
of Service zu beeinträchtigen.
Daher müssen die neuen NB-
IoT Networks im Feld entsprechend
getestet werden. Hierbei
Teilübersetzung aus:
White Paper NB-IoT:
A Practical Guide for Field
Testing, Viavi 2018
von FS
Tabelle 1: Frequenzbänder gemäß 3GPP-Standards, um die vorgesehenen NB-IoT-Services mit dem existierenden LTE-
Spektrum zu kombinieren (Quelle: 3GPP 36.802, 36.104, 36.211)
36 hf-praxis 4/2019

HF-Technik
Bild 1: Downlink-Spektrum LTE & NB-IoT
Bild 2: Uplink-Spektrum LTE & NB-IoT
der Basisstation multiplext den
NB-IoT- und den LTE-Traffic
auf das selbe Spektrum, wodurch
sich die gesamten Kosten des
Betriebs für den Mobilfunkanbieter
minimieren und sich das
Datenverkehrsaufkommen den
Gegebenheiten anpasst.
LTE- und NB-IoT-Signal kann
man als einfachen Träger
betrachten, der die vorgegebene
LTE-Kanalbreite belegt, wobei
die Leistung dieses Trägers sich
auf LTE- und NB-IoT-Signal
aufteilt. Tabelle 1 listet die verschiedenen
Frequenzbänder
auf, die von den 3GPP-Standards
vorgesehen sind, um die
geplanten NB-IoT-Services mit
dem existierenden LTE-Spektrum
zu kombinieren. Weiterhin
wichtig für die NB-IoT-Inband-
Arbeitsweise ist die Feststellung,
dass der NB-IoT-Standard eine
begrenzte Anzahl von gewissen
PRBs festgelegt hat, deren Nutzung
für die NB-IoT-Transmission
erlaubt ist, siehe Tabelle 2.
Die erforderliche Leistungsabhebung
für das NB-IoT-Signal
ergibt sich aus dem Verhältnis
von seiner Leistung, die lediglich
einen PRB des LTE-Trägers oder
180 kHz belegt, und der mittleren
Leistung über alle Breitbandträger
(LTE und NB-IoT). Die
minimale Leistungsanhebung für
das NB-IoT-Signal ist 6 dB; hier
findet sich eine der ersten Messungen
im Bereich der Implementierung
der neuen Netzwerke.
Gemäß 3GPP Release 13 kann
lediglich ein PRB um 6 dB für
den Inband-Modus angehoben
werden.
Diverse Signalformen
Der 3GPP-Standard spezifiziert
folgende Signalformen:
NB-IoT-Signalstruktur:
• UL and DL bandwidth of 180
kHz (equivalent to one PRB)
• Frequency error is specified to
be ±0,1ppm
• Modulation BPSK or QPSK
(highest)
Uplink Channels/Signals:
• Narrowband Physical Uplink
Shared Channel (NPUSCH)
• Narrowband Physical Random-
Access Channel (NPRACH)
Downlink Channel/Signals:
• N a r r o w b a n d P h y s i c a l
Downlink Shared Channel
(NPDSCH), requires EVM

HF-Technik
LTE System Bandwith 3MHz 5MHz 10 MHz 15 MHz 20 MHz
LTE PRB indices
for NB-IoT
synchronization
2, 12 2, 7, 17, 22 4, 9, 14, 19, 30, 35,
40, 45
2, 7, 12, 17, 22, 27,
32, 42, 47, 52, 57,
62, 67, 72
Tabelle 2: Im NB-IoT-Standard ist eine begrenzte Anzahl von erlaubten PRBs festgelegt
den vorgegebenen LTE-Breitbandträger
bewertet. Dabei
geht man von seiner Form im
Zeitbereich über alles (overall
RF shape) zu einer mehr detaillierten
Demodulationsanalyse
über und schließt dabei die
Zuweisung der Resource Blocks
und andere Kennzeichen ein.
Wenn man nämlich danach das
NB-IoT-Signal in dieser Umgebung
bewerten will, so ist es
wichtig, den Einfluss dieses
neuen Signals auf den existierenden
LTE-Träger zu verstehen
und zu beachten. Dieser
hat ja normalerweise bei den
Aussendungen der Basisstation
Priorität (eNodeB in der LTE-
Terminologie). Ob man das neue
NB-IoT-Signal als potentiellen
Störer oder Feind des LTE-Trägers
betrachten kann oder nicht,
entscheiden verschiedene Szenarien,
in erster Linie, ob die
Betriebsweise Inband, Guardband
oder Standalone vorliegt.
Beim NB-IoT-Inband-Modus
ist der Uplink-Weg der empfindlichste
Weg in Bezug auf
Interferenzen. Von daher kann
also die Netzwerk-Performance
am leichtesten (negativ) beeinflusst
werden.
Das Spektrum
Bild 1 und 2 ermöglichen einen
Blick auf das Spektrum des
Signals eines NB-IoT-Senders.
Die klassische Spektralanalyse
informiert recht gut über das
Benehmen dieses Signals in
der HF-Umgebung, die durch
den LTE-Träger geprägt ist. Die
Downlink-Darstellung zeigt das
LTE-Signal mit Maximal- und
Minimal-Hold-Mittelwerten.
Dies ist eine sehr geeignete
Form der Visualisierung der
maximalen und minimalen
Werte eines realen LTE-Signals
über die Zeit.
Diese einfache Bewertung der
Präsenz des NB-IoT-Signals
erlaubt es, die Leistung im
Downlink und das Signal/
Rausch-Verhältnis festzustellen.
Bei Guardband- oder Standalone-Betrieb
ist es wichtig,
zwischen dem NB-IoT-Signal
und jedem anderen potentiellen
GSM-Träger in der Umgebung
zu unterscheiden. Hierbei
sollte man wissen, dass beide
Signaltypen ziemlich identische
Bandbreiten beanspruchen,
jedoch nicht die selbe Form
aufweisen. ◄
Fachbücher für die
Praxis
Praxiseinstieg in
die vektorielle
Netzwerkanalyse
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ISBN 978-3-88976-159-0,
beam-Verlag 2011, 32,- €
Art.-Nr.: 118100
In den letzten Jahren ist es der Industrie gelungen,
hochwertige vektorielle Netzwerkanalysatoren
vom schwergewichtigen Gehäuse
bis auf Handheldgröße zu verkleinern. Doch
dem nicht genug: Durch ausgefeilte Software
wurden einfache Bedienkonzepte bei steigender
Funktionalität erreicht.
Auch für den Funkamateur wird neuerdings die
Welt der Netzwerkanalyse durch Selbstbauprojekte,
deren Umfang und Funktionalität den
Profigeräten sehr nahe kommen, erschlossen.
Damit sind die Voraussetzungen für die Anwendung
der vektoriellen Netzwerkanalyse im
Feldeinsatz aus Sicht der verfügbaren Gerätetechnik
geschaffen.
Fehlte noch die geräteneutrale Anleitung zum
erfolgreichen Einstieg in die tägliche Praxis.
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meistern.
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38 hf-praxis 4/2019

5G und IoT
5G: Wundermittel oder Utopie für IoT-Konnektivität?
nur in den Versorgungsblasen
bestehen. Geräte außerhalb dieser
Blase benötigen eine andere
Konnektivitätsoption. Die häufigste
ist die 5G-Vorgängergeneration
4G/LTE. Im Falle einer
Roaming-Daten-Vereinbarung
können IoT-Geräte weiterhin
außerhalb der Grenzen eines
5G-, SigFox- oder LoRa-Netzwerks
betrieben werden. Viele
Netzbetreiber können internationale
Roaming-Datenkontakte
anbieten, die es einem IoT-Gerät
ermöglichen, in mehreren Ländern
eingesetzt zu werden. Dies
jedoch zu erheblichen Kosten!
Die 4G/LTE-Abdeckung ist vielerorts
bestenfalls lückenhaft.
Viele Länder haben noch nicht
aufgerüstet und einige haben dies
noch gar nicht vor. Kombiniert
man diesen Mangel mit potentiell
hohen Datenkosten, wird
schnell klar, dass ein 5G/4Gbasiertes
IoT-Netzwerk nicht
für alle geeignet ist.
Wenn man nicht auf die TCP/
IP-Schicht des Mobilfunknetzes
zurückgreifen will, lassen sich
Nachrichten über das sprachbasierte
GSM-Netz (2G) senden
und empfangen. Der große Vorteil
hier ist die Abdeckung. 2G
ist in über 190 Ländern weltweit
verfügbar, in den meisten Fällen
parallel zur 3G- und 4G-Kommunikation.
Das Problem bei der Verwendung
dieser im Wesentlichen
alten Technologie ist nach Meinung
von Thingstream, dass sie
nicht auf Dauer verfügbar sein
wird. In Ländern, in denen die
Vollversorgung durch 4G/5G
angeboten wird, soll 2G abge-
Mit dem Aufbau des 5G-Netzes
und dem wachsenden Internet
der Dinge wird rund um den
Globus zunehmend alles vernetzt.
Dank 5G wird in nicht
allzu ferner Zukunft eine Hochgeschwindigkeitsverbindung
für
alle verfügbar sein – außer dort,
wo es keine Netzabdeckung gibt.
5G verspricht Mobilfunk mit
Geschwindigkeiten, die kabelgebundener
Breitbandkonnektivität
entsprechen und diese in
vielen Fällen sogar übertreffen.
Neben den offensichtlichen Vorteilen
für mobile Nutzer werden
die schnelle Konnektivität und
erhöhte Verfügbarkeit auch dem
IoT zugutekommen, sodass mehr
Geräte mehr Daten senden und
empfangen können.
Während dies wie eine vielversprechende
Vision klingt, liefert
5G möglicherweise nicht alle
Antworten, was das IoT betrifft.
So fragt Thingstream: Wie sieht
es z.B. mit der Vernetzung zwischen
Städten und über Grenzen
hinweg aus? Was ist für eine
wirklich allgegenwärtige globale
IoT-Abdeckung erforderlich und
wie lassen sich die Lücken zwischen
den Versorgungs-Hotspots
schließen?
Der Bedarf an 5G wird hauptsächlich
durch den Trend zu
Smart Citys getrieben. In einer
wirklich intelligenten Stadt sind
alle Dinge miteinander verbunden.
Das bedeutet, dass Autos
einen intelligenten Dialog mit
Verkehrssystemen führen, Haushaltsgeräte
mit Versorgungsunternehmen
kommunizieren,
Müllwagen direkt mit Mülltonnen
kommunizieren werden
und so weiter. Dies erfordert
jede Menge Bandbreite – und
mit einer theoretischen Download-Geschwindigkeit
von
10.000 Mbit/s und einer extrem
niedrigen Latenzzeit bietet 5G
alles, was eine Smart City an
Konnektivität braucht.
Doch für diejenigen, die außerhalb
dieser urbanen „Versorgungsblasen“,
über Grenzen
hinweg oder in Gebieten tätig
sind, in denen noch nicht einmal
3G richtig implementiert ist,
sieht die Sache anders aus. Für
einen Großteil der Welt wird 5G
für mehrere Jahre außer Reichweite
sein.
In Bezug auf die Konnektivität
und angesichts des Tempos des
Wandels in der Branche könnte
die Fokussierung auf 5G überaus
kurzsichtig sein. Denn wenn eine
IoT-Lösung nur auf eine einzige
Konnektivitätsmethode angewiesen
ist, funktioniert sie nur
an den entsprechenden Orten.
Kurzfristig wird die 5G-Konnektivität
in die gleiche Kategorie
wie LoRa und SigFox fallen, d.h.
GaN-on-Silicon-Support für den 5G-Netzausbau
Macom Technology Solutions Holdings,
Inc. und STMicroelectronics gaben die
Erweiterung der Produktionskapazität
für 150-mm-GaN-on-Silicon-Wafer in
den ST-Fabs sowie abhängig vom Bedarf
auch für 200-mm-Wafer bekannt. Die
Aufstockung ist auf den weltweiten Ausbau
der 5G-Telekommunikationsnetze
ausgerichtet. Es wird erwartet, dass der
weltweite Rollout von 5G-Netzwerken
und die Umstellung auf Massive-MIMO-
Antennenkonfigurationen die Nachfrage
nach HF-Leistungsbausteinen gravierend
ankurbeln werden. Macom schätzt im Einzelnen,
dass der Bedarf an Leistungsverstärkern
um den Faktor 32 bis 64 steigen
wird. Dies sollte das Volumen der Investitionen
in 5G-Infrastrukturen in fünf Jahren
mehr als verdreifachen und damit zu einer
geschätzten Senkung des Preises pro Verstärker
um den Faktor 10 bis 20 führen.
■ Macom Technology Solutions
Holdings, Inc.
www.macom.com
hf-praxis 4/2019 43

5G und IoT
Was bedeutet es, 5G-fähig zu sein?
Immer häufiger werden Produkte
als 5G-ready oder
5G-fähig bezeichnet. Die
Mobilnetzbetreiber werden in
den nächsten Jahren zweifellos
eine 5G-Infrastruktur einführen,
die in Bezug auf Kapazität
und Durchsatz in hohem
Maße skalierbar ist. Aber wie
sieht es mit der Sicherheit aus?
Mobilfunknetze werden nur
dann vollständig 5G-fähig sein,
wenn die notwendigen Sicherheitsfunktionen
planmäßig in
diese Netze integriert werden.
Tom Wheeler, ehemaliger Vorsitzender
der Federal Communications
Commission, verwies
kürzlich darauf, dass es bei der
Führungsrolle im Bereich der
5G-Technologie nicht nur um
den Aufbau eines Netzwerks
geht, sondern auch darum, ob
dieses Netzwerk sicher genug
für die versprochenen Innovationen
ist. Tatsache ist, so
Wheeler, dass die drahtlosen
Netzwerke nicht so sicher sind,
wie sie es sein könnten, weil sie
nicht dafür konzipiert wurden,
den Arten von Cyberangriffen
standzuhalten, die heute üblich
sind. Dies sei nicht die Schuld
der Unternehmen, die die Netzwerke
aufgebaut haben, sondern
zeigt, dass Cyberangriffe
kein Thema von vordergründiger
Bedeutung waren, als
vor Jahren die Standards für
die aktuelle 4G-Technologie
festgelegt wurden.
Mit 5G ändert sich alles –
kritische Anwendungen wie die
Fernwartung, -überwachung
und -steuerung von Stromnetzen
ebenso wie selbstfahrende
Autos werden alle auf
5G-Technologien basieren.
Die Netzwerke werden stärker
verteilt sein, und viele kritische
Anwendungen sollen künftig
am Rand von 5G-Netzwerken
und über Edge-Clouds
gehostet werden. Chancen
für Bedrohungsakteure ergeben
sich, wenn sie ungehindert
agieren können. Sie werden
sich die Automatisierung
zunutze machen, um mehrstufige
Angriffe zu starten und die
am schlechtesten geschützten
Bereiche der 5G-Netze zu finden.
Damit Mobilfunknetze
wirklich 5G-fähig sind, ist
daher ein neuer Sicherheitsansatz
erforderlich.
Auch wenn Standards und
Netzwerkarchitekturen für
5G noch in der Entwicklung
sind, ist es für Mobilfunkbetreiber
nicht nur eine Option,
sondern unerlässlich, die richtigen
Sicherheitsfunktionen
zu integrieren. Um die Netze
5G-fähig zu machen, müssen
Mobilfunkbetreiber eine
robuste und umfassende Endto-End-Sicherheitsstrategie
umsetzen. Dies bedeutet:
• vollständige Transparenz,
Inspektion und Kontrolle,
die auf allen Ebenen des
Netzwerks angewendet werden,
also auf Anwendungs-,
Signalisierungs- und Datenebene
• Bedrohungsanalysen in der
Cloud, basierend auf maschinellem
Lernen, die über die
verschiedenen Standorte und
Umgebungen des Mobilfunknetzes
hinweg genutzt
werden
• cloud-fähige Plattform, die
eine konsistente Sicherheitsüberwachung
über alle
Netzwerkstandorte hinweg
gewährleistet
Mit diesen notwendigen
Sicherheitsfunktionen werden
Mobilfunknetze wirklich
5G-fähig – mittels einer datengesteuerten
Bedrohungsabwehr,
die kontextuelle Sicherheitsergebnisse
liefert.
Mobilfunkbetreiber werden
in der Lage sein, Prozesse zu
automatisieren, um infizierte
Geräte proaktiv zu identifizieren
und Angriffe durch
IoT-Geräte zu verhindern,
fortschrittliche mehrstufige
Angriffe zu erfassen, die darauf
abzielen, verschiedene Signalisierungs-
und Steuerungsebenen
in den 5G-Netzen zu
nutzen und fortschrittliche
Bedrohungen automatisch
zu identifizieren, diese mit
bestimmten Geräten/Benutzern
zu korrelieren und infizierte
Geräte aus ihren Netzwerken
zu isolieren/entfernen. Dadurch
werden sich die Betreiber auch
als Secure Business Enablers
differenzieren können.
■ Palo Alto Networks
www.paloaltonetworks.com
schaltet werden, zumindest
eventuell. Bei IoT- Implementierungen,
die nur auf 2G basieren,
wird dies in Zukunft zu Problemen
führen. Wie weit wir in
die Zukunft schauen müssen,
hängt vom jeweiligen Gebiet ab.
So hat beispielsweise Südkorea
2G bereits abgeschaltet, aber
es gibt immer noch Länder der
Dritten Welt, die noch keinen
Zeitpunkt für eine vollständige
3G-Einführung genannt haben,
geschweige denn für eine vollständige
Implementierung von
4G oder gar 5G.
Alle IoT-Geräte benötigen
Strom. Wenn sich das Gerät nicht
in einem Gebiet mit Konnektivitätsabdeckung
befindet, muss es
häufig ohne Netzteil, möglichst
stromsparend, betrieben werden.
Doch größere Batteriekapazitäten
sind nicht die Lösung. Die
Kosten für das Laden von hunderten
oder gar tausenden von
Geräten summieren sich schnell
und die Akkus selbst können
auch erhebliche Kosten verursachen.
Daher ist es wichtig, dass
die IoT-Geräte so wenig Strom
wie möglich verbrauchen.
■ Thingstream
https://thingstream.io
Initiative „5G
Bavaria“ gestartet
Das Fraunhofer-Institut für Integrierte
Schaltungen IIS startet
eine 5G-Initiative in Bayern. Die
Initiative „5G Bavaria“ begleitet
den Übergang von der Forschung
am neuen Mobilfunkstandard 5G
in die Anwendung und umfasst
ein Testzentrum am Fraunhofer
IIS in Erlangen und verschiedene
Testumgebungen in Bayern.
Unternehmen haben hier die
Möglichkeit zur Evaluierung von
neuen Mobilfunk-Funktionalitäten
in einem 5G-Gesamtsystemkontext
mittels Simulation
und Emulation im Labor sowie
in realer Mobilfunkumgebung.
Der Übergang von der Standardisierung
in die Anwendung ist
komplex, zumal zwischen der
Festlegung neuer 5G-Funktionen
in einer bestimmten Release und
der Marktverfügbarkeit durchaus
drei bis vier Jahre liegen können.
In dieser Zeit ist das Erproben
und Entwickeln zukunftsbeständiger
Kommunikationsanwendungen
ohne passende Testeinrichtungen
nur schwer möglich.
Im Testzentrum erfolgt die Simulation
neuer Übertragungstechnologien.
Der nächste Schritt ist
die Emulation, also das Testen
der Funktechnologien in Echtzeit.
Ergänzend bereitet man
den Aufbau und Betrieb eines
Industrie-4.0-Testbeds in Nürnberg
sowie eines Automotive-
Testbeds in Rosenheim vor. In
Würzburg wird eine Pilotstudie
für ein 5G- Satellitentestbed
erstellt. Die Testbeds sollen
dazu dienen, konkrete Anwendungsfälle
der Anwender mit
5G-Technologie zu erproben,
um die Möglichkeiten und Grenzen
von 5G auszutesten. Die
5G-Testumgebungen werden
dabei reale Infrastruktur wie
Autobahnen und Industriehallen
mit einbeziehen.
■ Fraunhofer-Institut für
Integrierte Schaltungen IIS
www.iis.fraunhofer.de
44 hf-praxis 4/2019

Messtechnik
IoT-Device-Lösung in realitätsnahem Anwendungsszenario
Ihr Partner für
EMV und HF
Messtechnik-Systeme-Komponenten
hf-praxis 4/2019
CommSolid wird ein Referenzdesign vorstellen,
das ihre NB-IoT und Bluetooth
SoCs integriert. Für HF- und Funktionstests
der beiden Übertragungstechniken
nutzt der Hersteller den R&S CMW290
IoT Radio Communication Tester. Rohde
& Schwarz demonstriert parallel, welche
realitätsnahen Messungen damit an der IoT
Device-Lösung möglich sind. Dabei zeigt
Rohde & Schwarz die IoT-Device-Lösung
von CommSolid (Goodix) in einem realitätsnahen
Anwendungsszenario: Leihfahrräder
übertragen im urbanen Umfeld ihre
Standort- und Nutzungsdaten per NB-IoT
und fragen den Fahrradzustand per Bluetooth
LE in der Fahrrad-Ausleihstation
ab. Beide Übertragungstechniken sind für
geringen Stromverbrauch, lange Batterielaufzeiten
und eine gesicherte Kommunikation
ausgelegt.
Die Radio Communication Tester der R&S
CMW Plattform sind die einzigen, mit denen
parallele Tests an zellularen und non-zellularen
Übertragungen möglich sind. Rohde &
Schwarz zeigt verschiedene Applikationstests
für NB-IoT und Bluetooth auf Basis
des R&S CMW290 IoT Testers. Dieser
unterstützt nicht nur alle gängigen Mobilfunkstandards,
sondern auch alle Bluetooth
HF-Tests inklusive Bluetooth LE 5.0. Die
Tester der R&S CMW Plattform sind darüber
hinaus die einzigen, mit denen ein Entwickler
für Bluetooth LE unter realistischen
Bedingungen per Over-the-Air-Messung
HF-Signalisierungs-Tests durchführen kann.
Dies ermöglicht dem Anwender, Umschaltvorgänge
zwischen NB-IoT und Bluetooth
im Detail zu analysieren. So kann Comm-
Solid (Goodix) die integrierten Funkeinheiten
der IoT Device-Lösung aufeinander
abstimmen, optimieren und eventuelle
Störquellen identifizieren und ausschalten.
Das Ausleihszenario für Fahrräder ist nur
eine von unzähligen möglichen Anwendungsbeispielen
für die CommSolid
(Goodix) Device-Lösung. Diese bietet im
NB-IoT-Bereich die aktuellsten 3GPP Features
einschließlich umfassender Release-
14-Konformität. Zusätzlich wird der aktuelle
BLE-5.0-Standard unterstützt. Die Device-
Lösung basiert auf einer für beide Standards
kompromisslosen Sicherheitsarchitektur, ist
hoch integriert und arbeitet bei niedrigstem
Stromverbrauch.
■ Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG
www.rohde-schwarz.com
Professionelle
Messergebnisse
Die leistungsstarke Oszilloskop-Serie
MSO5000 ist ein echtes Multitalent und
somit für häufig wechselnde Messaufgaben
bestens geeignet. Die Geräte überzeugen
durch die intuitive Bedienung über den
großen Touchscreen und eine hohe Leistungsfähigkeit,
die sonst nur hochpreisigen
Geräten vorbehalten ist. Jedes Oszilloskop
beinhaltet die Funktionen folgender Geräte:
Spektrum-Analysator, 16-Kanal-Logikanalysator,
2-Kanal-Arbiträr-Signalgenerator,
Voltmeter, Frequenzzähler, Protokollanalysator.
Zudem verfügen die Geräte über
eine Bandbreite von 70 bis 350 MHz, einer
Sampling Rate von 8 GSa/s (realtime) und
einer Speichertiefe bis 200 MPts (Option).
■ Telemeter Electronic GmbH
info@telemeter.de
www.telemeter.info
45
AVIONIK-PRÜFTECHNIK
& FUNKMESSPLÄTZE
Satelliten-Konstellations-Simulatoren
Testsysteme für Füllstandsmesser
Transponder & Interrogator Tester
Funkmessplätze (BOS, TETRA)
Testsysteme für Höhenmesser
Nav/Comm Tester
POSITIONING - TIMING -
NAVIGATION
Zeit- & Frequenzstandards
GPS/GNSS Simulatoren
Störsignal-Simulatoren
Enterprise NTP Server
Distributionssysteme
PTB Masterclocks
HF- & MIKROWELLEN-
MESSTECHNIK
Puls- & Signalgeneratoren
Zeit- & Frequenzzähler
Netzwerkanalysatoren
Spektrumanalysatoren
Leistungsmessköpfe
HF-Schaltfelder
HF- & MIKROWELLEN-
KOMPONENTEN
Hohlleiterkomponenten bis 325 GHz
HF-Komponenten bis 100 GHz
SATCOM-Komponenten
RF-over-Fiber
Subsystem
Verstärker
Tel. 089-895 565 0 * Fax 089-895 565 10
Email: info@emco-elektronik.de
Internet: www.emco-elektronik.de

Messtechnik
Erweiterungen für Signalanalysatoren
Links die VSA Built-in Application, rechts die EMI Built-in Application
Die Rigol Technologies EU
GmbH zeigte neue Messapplikationen
für ihre Echtzeit-Spektrumanalysatoren:
die Vector-
Signal-Analyse-Software und
die EMI-Analyse-Software.
Die Echtzeit-Spektrumanalysatoren
der Serien RSA3000 und
RSA5000 basieren auf der von
Rigol neu entwickelten Technologie
Ultra Real und zeichnen
sich durch ihre kompakte
Bauweise, die Bedienung über
Touchscreen und ihre Modularität
für vielfältige Einsatzmöglichkeiten
aus.
Für die Gerätefamilie RSA5000
stellt Rigol die Vector-Signal-
Analyse-Software VSA vor, die
dem Anwender ein umfassendes
Werkzeug für die Demodulation
und Vektorsignalanalyse zur Verfügung
stellt, um Problemursachen
in Zeit-, Frequenz- und
Modulationsdomänen zu fin-
den. Die Messanzeigen lassen
sich frei einstellen, um mehrere
Ansichten eines Signals gleichzeitig
anzuzeigen und durch flexible
Positionierung und Größe
mehr Transparenz zu erhalten.
Die vielfältigen Funktionen
umfassen die I/Q-HF-Hüllkurvenanalyse
und die flexible
digitale Modulationsanalyse.
Der FMT-Trigger basiert auf
Ultra Real für die Erfassung und
Modulationsanalyse. Es ermöglicht
die Messung und Analyse
von drahtlosen Kommunikations-
und Verbindungsstandards
sowie BER-Tests für bekannte
Signalsequenzen. Die Modulationsformate
sind FSK2, FSK4,
FSK8, MSK, BPSK, QPSK,
OQPSK, DQPSK, 8PSK, x/4-
DQPSK, x/8-D8PSK, D8PSK,
QAM16, QAM32, QAM64,
ASK2 und ASK4. Die Analyseergebnisse
können als Signalamplitude
im Zeitbereich, Spektrum,
Augendiagramm, Konstellations-
und Vektordiagramm,
Fehlervektorgröße, Quadraturfehler,
Amplitudenfehler und
Phasenfehler angezeigt werden.
Als weitere Software-Applikation
für die RSA5000-Familie
zeigt Rigol die EMI-Analyse-
Software, die ein umfassendes
Werkzeug für die nach CISPR
16-1-1 vorgegeben Auswertungen
beinhaltet, ohne die
Verwendung einer zusätzlichen
PC-Software. Die Anwendung
im Mastergerät sorgt für stabile
und konsistente Ergebnisse. Sie
verfügt über integrierte CISPRkompatible
Bandbreiten, Detektoren
und Bandvoreinstellungen.
Die Software ermöglicht das
automatisierte Testen von Grenzlinien
mit vom Benutzer ausgewählten
Margen und bietet
eine Amplitudenkorrektur für
Antennen, LISNs, Kabel und
Vorverstärker.
Beide Software-Applikationen
sind in den aktuellen Geräten
bereits installiert und sind auch
als Upgrade für bestehende
Geräte der jeweiligen Gerätefamilie
verfügbar.
■ Rigol Technologies, Inc.
info-europe@rigol.com
www.rigol.com
Neue Hochleistungsoszilloskope
Rigol Technologies präsentierte mit der
Einführung der neuen Digitaloszilloskop-Familie
MSO8000 eine signifikante
Ergänzung seines UltraVision-II-Oszilloskop-Portfolios.
Der Kern der Ultra Vision-
II-Architektur ist der Phoenix-Chip-Set
mit zwei eigenentwickelten ASICs, die
das analoge Front-end bilden und die
Signal-Processing-Performance liefern.
Diese Chips sind umgeben von weiterer
Hochleistungs-Hardware wie einem Xilinx
Zync-7000-SoC, Dual-Core ARM-9-Prozessoren,
dem Linux +Qt-Betriebssystem,
einem High-Speed-DDR-Systemspeicher
und einem QDRII-Display-Speicher.
Mit Bandbreiten von 600 MHz und 1 GHz
(optionale Erweiterung auf 2 GHz) und
einer maximalen Abtastrate von 10 GS/s
ist die MSO8000-Serie ideal geeignet für
die schnelle Erfassung und Analyse von
Signalen. Zu den typischen Anwendungen
gehören automatisierte Tests in Fabriken,
Protokollanalysen für serielle Busse in der
Fahrzeugelektronik, Messen elektronischer
Schaltungen, Schaltleistungsmessungen
und -analysen im Leistungsbereich und
viele mehr. Die MSO8000-Serie ist in
Forschung und Entwicklung, Universitäten,
Produktion und Qualitätskontrolle
in der Automobil-, Kommunikations- und
Luftfahrtindustrie sowie in der Leistungselektronik
optimal einsetzbar.
Alle Geräte verfügen über einen kapazitiven
10,1-Zoll-Farb-Touchscreen mit
256 Intensitätsstufen und Farbtönen für
eine präzise und klare Signaldarstellung.
Für die Erfassung und Verarbeitung großer
Datenmengen steht für alle Kanäle
eine Speichertiefe von bis zu 500 MPts
zur Verfügung. Die Signalerfassungsrate
von bis zu 600.000 Wfms/s ermöglicht
die Echtzeitaufzeichnung und Wiedergabe
von Signalen mit bis zu 450.000 Frames.
Ein digitales Oszilloskop, ein Logikanalysator,
ein Spektrumanalysator, ein arbiträrer
Signalgenerator, ein Digitalvoltmeter,
ein Frequenzzähler und Totalizer sowie
ein Protokollanalysator vervollständigen
die gesamten Messfunktionen (7-in-1-
Gerät). Verschiedene Schnittstellen wie
USB-Host, USB-Device, HDMI, LAN,
USB-GPIB und AUX OUT sind verfügbar.
■ Rigol Technologies, Inc.
info-europe@rigol.com
www.rigol.com
46 hf-praxis 4/2019

Einfache Verwaltung von Messgeräten
Messtechnik
Rohde & Schwarz präsentierte
die neue R&S Campus Dashboard
Software, die für die einfache
Verwaltung und Fernsteuerung
von Messtechnikgeräten
in großen Studienlabors
von einem zentralen Computer
aus entwickelt wurde. Laborleiter,
Tutoren, Studenten und
Professoren profitieren von der
hervorragenden Bedienbarkeit,
einfacheren Arbeitsabläufen und
Automatisierungsmöglichkeiten.
Unterrichten großer
Studentengruppen
Das R&S Campus Dashboard
von Rohde & Schwarz vereinfacht
das Unterrichten großer
Studentengruppen in Universitätslabors,
in denen Studenten
an mehreren Tischen arbeiten.
Die PC-Software bietet eine
Vielzahl von Funktionen, die
den Unterricht beschleunigen,
sowie Zugriff auf Geräteoperationen,
Einstellungen und Daten
wie Screenshots. Lehrer können
damit identische Bedingungen
für alle Studenten-Messgeräte
festlegen, Einstellungen auf
einem Gerät speichern und an
alle Studenten verteilen oder
die Ergebnisse aller Studenten
gleichzeitig abrufen.
Unterstützt
verschiedene
Messgeräte
Das R&S Campus Dashboard
unterstützt verschiedene
Messgeräte von Rohde
& Schwarz, darunter Oszilloskope
wie das R&S RTB2000,
Spektrumanalysatoren wie den
R&S FPC1000, Netzwerkanalysatoren
und Netzteile wie das
R&S NGE100B. Diese Geräte
bieten hervorragende Qualität für
kleine Budgets und eignen sich
damit ideal für den Bildungsmarkt.
Die Software wird von
einem zentralen PC aus bedient
und verbindet sich automatisch
mit unterstützten Geräten im
lokalen Netzwerk. Benutzer
können die einzelnen Geräte auf
virtuellen Tischen anordnen und
so die jeweilige Laborstruktur
widerspiegeln. Das R&S Campus
Dashboard verwaltet zudem parallele
Firmware-Updates auf
mehreren Geräten und reduziert
so den regelmäßigen Wartungsaufwand
für ein ganzes Studentenlabor
auf wenige Klicks.
■ Rohde & Schwarz
GmbH & Co. KG
www.rohde-schwarz.com
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Messtechnik
Schnell, universell sowie breitbandig bis 40 GHz
Anwender, denen
es auf ein niedriges
Phasenrauschen,
hohe Empfindlichkeit
und eine große
Analysebandbreite
ankommt, profitieren
vom R&S FSV
40N, der US-Navy-
Version des R&S
FSV 40, insbesondere
bei Messungen bis
40 GHz. Er wird
als Neugerät von
Rosenkranz Elektronik
vergleichsweise günstig
angeboten.
Rosenkranz Elektronik
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Nicht nur die 5G-Kommunikation
mit den weltweiten Frequenzen
von 3,3 bis 28,35 GHz
erfordert breitbandige Signalund
Spektrumanalysatoren mit
höchster Messgeschwindigkeit
und hoher Empfindlichkeit.
Das Anwendungsfeld für solche
anspruchsvolle Analysatoren
ist viel breiter, angefangen von
WLAN IEEE 802.11ac über die
Radartechnik bis hin zu anderen
Frequenzhoppingsystemen und
militärischen Funkgeräten.
Ein Anbieter von hochwertigen
Signal- und Spek trumanalysatoren
der Mittelklasse
ist R&S mit der FSV-Serie. Der
R&S FSV ist in fünf Modellen
Wesentliche Daten auf einen Blick
• Frequenzbereiche 4/7/13,6/30/40 GHz
• bis zu 160 MHz Signalanalyse-Bandbreite
• 0,4 dB Pegelungenauigkeit bei Messungen bis 7 GHz
• Messapplikationen für GSM/EDGE (einschließlich EDGE
Evolution), WCDMA/HSPA+, LTE, WiMAX, WLAN,
CDMA2000, 1xEV-DO, Vektorsignalanalyse
• einfaches Onsite-Upgrading mit Optionen
• -110 dBc (1 Hz) Phasenrauschen bei 10 kHz Offset
• 15 dBm Third Order Intercept (TOI)
• Displayed Average Noise Level (DANL) in 1 Hz Bandbreite
-155 dBm bei 1 GHz
• großer I/Q Memory zur Aufzeichnung langer Signalfolgen
• abnehmbarer Harddrive für Applikationen im Sicherheitsbereich
R&S FSV 40N (links), in der US-Navy Version des R&S FSV 40, rechts die zivile Version des FSV 40
erhältlich, welche den Frequenzbereich
von 10 Hz bis 4, 7, 13,6,
30 und 40 GHz abdecken. Hier
betrachten wir den FSV-40N,
die Version für die US-Navy, die
von Rosenkranz Elektronik vertrieben
und für die Analyse und
Demodulation von Signalen bis
in den Millimeterwellenbereich
eingesetzt wird. Anwender profitieren
von diesem Gerät insbesondere
bei solchen Messungen
bis 40 GHz, bei denen es auf ein
niedriges Phasenrauschen, hohe
Empfindlichkeit und eine hohe
Analysebandbreite ankommt.
Für Entwickler bietet der FSV-
40N, in seinen Daten dem
FSV-40 identisch, eine in seiner
Klasse unerreichte Signalanalysebandbreite
von 160
MHz. Einziger Unterschied ist,
dass der Frequenzbereich beim
FSV-40N bei 9 kHz beginnt
und nicht bei 10 Hz wie in der
zivilen Ausführung FSV-40.
Mit dem volldigitalen Backend
bieten alle FSV-Modelle eine
hohe Mess- und Wiederholgenauigkeit.
Außerdem sind
sie bis zu fünfmal schneller
als vergleichbare Signal- und
Spektrumanalysatoren.
Neben dem Phasenrauschen
von typ. -117 dBc bei 1 GHz
mit 10 kHz Offset bietet der
FSV-40N einen Interceptpunkt
dritter Ordnung von >13 dBm,
16 dBm (typ.) für Frequenzen
unterhalb von 3,6 GHz, was für
einen erhöhten Dynamikbereich
sorgt. So liefert er bei hohen
Eingangspegels im Vergleich zu
anderen Analysatoren eine bessere
Spektralmessperformance,
z.B. bei Messungen des Nachbarkanalleistungsverhältnisses
oder der Frequenzausgabemaske.
Die Empfindlichkeit des
Vorverstärkers ist typ. -149 dBm
für Frequenzen unter 3,6 GHz.
Seine Messroutinen, die auf
Geschwindigkeit und hohen
Datendurchsatz optimiert sind,
sind ein entscheidender Vorteil
in Produktionsanwendungen.
Für den Einsatz in komplexen
Messaufbauten ist er außerdem
fernsteuerbar. Mit seinem Touchscreen
für einfache Bedienung,
kompakten Abmessungen, geringem
Gewicht und der direkte
Unterstützung von Leistungsmessköpfen
ist der FSV-40N
auch die beste Wahl für Installations-
und Servicearbeiten.
Es gibt eine breite Palette von
Analysepaketen für analoge
Modulationsverfahren sowie
drahtlose und breitbandige Kommunikationsstandards,
damit ist
er zukunftssicher für künftige
Standards.
Fazit
Der FSV-40N von R&S ist ein
besonders schneller und vielseitiger
Signal- und Spektrumanalysator
für leistungsorientierte
Anwender in der Entwicklung,
Produktion, Installation und
Wartung von HF-Systemen. ◄
48 hf-praxis 4/2019

Messtechnik
OTDR für schnelle Tests
von PON und FTTA
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!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"5 /6"-(')O# -)#' )P$,/431&#)$Q1).'#/(-.$
Das neue Yokogawa AQ1210 OTDR
ähnelt dem bestehenden AQ1200, intern
wurde es aber komplett überarbeitet, um
die Funktionen und die benutzerfreundliche
Bedienung des bei den Kunden
sehr geschätzten AQ7280 OTDR bieten
zu können. Das AQ1210 verwendet
ein auf Linux basierendes, optimiertes
Betriebssystem, welches in Verbindung
mit dem 5,7 Zoll großen kapazitiven
Multitouch-Display und dem integrierten
Smart Mapper, dem Bediener
eine schnelle Charakterisierung von
Fasern in Bereichen von 200 m bis 256
km ermöglicht und einfach zu lesende
PDF-Berichte mit Symbolen erstellen
lässt, die Ereignisse deutlich hervorheben
können.
Mit einer Größe von nur 210 x 148 x
69 mm und einem Gewicht von etwa 1
kg kann das AQ1210 über Touchscreen
oder Tasten bedient werden. Es ist kompakt
und daher leicht zu handhaben,
während es die letzte Meile der Glasfaser
beim Kunden testet. Und es ist
robust genug, um in anspruchsvolleren
und aggressiveren Umgebungen eingesetzt
zu werden.
Durch die Verwendung eines Linuxbasierten
Multithread-Betriebssystems
kann das AQ1210 gleichzeitig verschiedene
Messfunktionen ausführen,
wodurch Zeit gespart wird. Hierzu
gehören OTDR, Optical Power Meter
(OPM), Visible Fault Locator (VFL)
und die automatische Pass/Fail-Analyse
der Oberfläche der optischen Faser
unter Verwendung einer Faserprüfsonde.
Der interne Akku mit mehr als
10 h wird über einen USB-Port vom
Typ C mit einem USB-Ladegerät aufgeladen.
Das AQ1210 verfügt außerdem
über zwei USB-A-Anschlüsse und
unterstützt darüber hinaus die drahtlose
Konnektivität, sodass die Testergebnisse
einfach geteilt werden können.
■ Yokogawa Deutschland GmbH
http://tmi.yokogawa.com/de
R)#' )-4-O3(OS2P$C)1'#&392$3(4$T-U-1)2$,-.#/)1).'#/(-.$
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hf-praxis 4/2019 49

Messtechnik
Eine Einführung:
Hohlleiter und Zeitbereichsmessungen auf
Typen mit nichtdispersiven Eigenschaften
für ein hohlleiterbasiertes Medium gewährleistet,
dass Fehlerkoeffizienten und Versatzwerte
(Offsets) während der Kalibrierung
richtig berechnet und nachfolgende Messungen
ordnungsgemäß durchgeführt und
exakt auf dem Bildschirm dargestellt werden.
In der Elektromagnetik und
in der Nachrichtentechnik
sind Hohlleiter zuweilen das
bevorzugte Verfahren zur
Energieübertragung mit
elektromagnetischen Wellen.
Autor:
Johan Wallblad
Anritsu Europe
Die Hauptursachen dafür sind, dass sie hohe
Leistungspegel übertragen und – etwa im
Vergleich mit Koaxialkabeln – kaum dämpfen.
In bestimmten Anwendungsbereichen
können sie zudem praktischer sein, einfach
deshalb, weil sie in der Regel starr sind.
Jedoch erfordert die Durchführung von
Messungen auf Hohlleitern mithilfe eines
Vektornetzwerkanalysators (VNAs) eine
Fehlerkorrektur bei der Benutzerkalibrierung
am Hohlleiterflansch,
wobei der
VNA die spezifische
Information erhält,
dass Hohlleiterkomponenten
verwendet
werden. Dies deswegen,
weil Hohlleiter
Eigenschaften
besitzen, die sich von
denen der Koaxialkabel
unterscheiden
und die eine besondere
mathematische
Verarbeitung der
gemessenen Signale
erfordern. Ein ordnungsgemäßes
Konfigurieren
des VNAs
Bild 1: Idealer Rechteckhohlleiter
Dispersion von Signalen
Eine wichtige Eigenschaft von Hohlleitern
ist die Dispersion von Signalen. Dies
findet man bei einem Koaxialkabel nicht.
Jedoch weisen nicht alle Hohlleiter diese
Eigenschaft auf, wodurch es zu Situationen
kommt, wo Erstkalibrierungen unter Verwendung
von Hohlleiterkomponenten durchgeführt
werden müssen, jedoch die nachfolgenden
Messungen auf einem Hohlleiter
durchgeführt werden, der keine dispersiven
Eigenschaften aufweist. Hier ergibt sich die
Notwendigkeit, dem VNA die Information
zu geben, dass das gemessene Medium real
nicht dispersiv ist. Diese Funktion wird von
den VNAs der Shockline-Gerätefamilie des
Herstellers Anritsu unterstützt.
Hohlleiter und Dispersion
Ein Hohlleiter ist ein lineares Gebilde; der
Begriff umfasst dielektrische Hohlleiter,
wie zum Beispiel Lichtwellenleiter und
Übertragungsleitungen, wie etwa Mikrostreifenleitungen,
koplanare Wellenleiter
oder Koaxialkabel. Üblicherweise sind es
jedoch Hohlgebilde aus Metall, bei denen
man sich vorstellt, dass die Welle in einem
Zickzack-Muster geführt nach unten wandert,
beschränkt vom Inneren der Begren-
50 hf-praxis 4/2019

Messtechnik
Bild 2: Zeitbereichs-(Entfernungsbereichs-)messung der Hohlleiter-Through WR90 mit einer
Gesamtlänge von 233,35 mm (mit Short), ohne Einbindung der Dispersion. Die Speicher-Trace zeigt die
Ergebnisse bei Einbindung der Dispersion
zungswände. Bild 1 skizziert den idealen
Rechteckhohlleiter.
Zum Verständnis der Wellenausbreitungseigenschaften
ist es von Nutzen, die Eigenschaften
des rechteckigen Hohlleiters sowie
die gesamten inneren Reflexionen an den
Wänden zu betrachten. Die mathematische
Beziehung, die für die Wellenausbreitung in
Hohlleitern gilt, kann von Maxwells Gleichungen
abgeleitet werden, die das gegenseitige
Verhalten von elektrischen und magnetischen
Feldern beschreiben.
Elektromagnetische Wellen breiten sich in
Lichtgeschwindigkeit (c) aus. Mithilfe von
Maxwells Gleichungen lässt sich aufzeigen,
dass die Geschwindigkeit der elektromagnetische
Welle in einem Hohlleiter (in
Z-Richtung), die als Gruppengeschwindigkeit
(v_g), bezeichnet wird, unterhalb der
Lichtgeschwindigkeit liegt. Entsprechend
lässt sich nachweisen, dass eine beliebige
Phase der Welle, z.B. der Wellenkamm, sich
mit einer höheren als der Lichtgeschwindigkeit
ausbreiten wird. Dies wird Phasengeschwindigkeit
(v_ph) genannt. Es mag etwas
bizarr erscheinen, dass wir möglicherweise
etwas entdeckt haben könnten, das sich
schneller ausbreitet als Licht. Doch sind
wir durch die Untersuchung geometrischer
Punkte im Raum, in dem die Phase konstant
ist – z.B. durch die Untersuchung der Wellenkämme
– zu diesem Schluss gekommen.
Dies ist eine sehr wichtige Eigenschaft der
elektromagnetischen Ausbreitung in einem
Hohlleiter, im Gegensatz zum freien Raum
oder Koaxialkabel, wo Phasen- und Gruppengeschwindigkeit
gleich sind.
Um die Dinge zu vereinfachen, können
wir einen Parallelplatten-Hohlleiter untersuchen.
(Stellen Sie sich einfach die senkrechten
Wände des Rechteckhohlleiters in
Bild 1 vor.) Ausgehend davon, dass die Platten
perfekte Leiter sind und das E-Feld in
der Y-Richtung linear polarisiert ist, kann
nachgewiesen werden, dass wir am Ende
eine sich in der Z-Richtung ausbreitende
Welle und eine in X-Richtung „stehende
Welle“ haben werden, ein irreführender
Begriff, denn es handelt sich lediglich um
die Überlagerung von ebenen Wellen, die
von den Platten abprallen. Die stehende
Wellenform wird nur in speziellen Arten
einer wesentlichen Anzahl an halben Wellenlängen
vorhanden sein.
Von Maxwells Gleichungen lässt sich für
den vereinfachten Fall eines Parallelplatten-
Hohlleiters folgende Gleichung ableiten:
Gleichung 1
Dies wird als Dispersionsrelation bezeichnet.
Nehmen wir nun an, wir beginnen, die Frequenz
zu verringern. Da alle anderen Komponenten
der Gleichung Konstanten sind, ist
k_z die einzige Komponente, die entsprechend
verändert werden kann, d.h. die Wellenvektor-Komponente
in der Z-Richtung.
Für die sogenannte Grundmode-Betriebsart
(m = 1 Halbwellenlänge) wird durch den
Hohlleiter keinerlei Strahlung verlaufen
(k_z = 0), wenn wir die Frequenz bis zu dem
Punkt verringern, an dem die Grundmode-
Wellenlänge 2 m oder höher beträgt, oder
den Abstand zwischen den leitenden Platten
auf die Hälfte einer Wellenlänge oder weniger
verringern. Die Frequenz, bei der keine
elektromagnetische Welle den Hohlleiter
durchläuft, wird Grenzfrequenz genannt.
Dies ist ein weiteres wichtiges Merkmal
von Hohlleitern.
Bis zum jetzigen Zeitpunkt haben wir ein
vereinfachtes Beispiel untersucht, nämlich
zwei parallel zueinander stehende Platten.
Die Begriffe für einen Rechteckhohllleiter
sind allerdings gleich. Die unten angeführten
Gleichungen lassen sich weiter ableiten und
zeigen, dass im Falle von Rechteckhohlleitern
die Grenzfrequenz von den Abmessungen
(a, b) des Hohlleiters, dem im Inneren
des Hohlleiters befindlichen Werkstoff
und vom Mode (m, n) abhängen. Die Gleichungen
zeigen ferner, dass Gruppen- und
Phasengeschwindigkeit von der Grenz- und
Signalfrequenz abhängig sind. Dies ist z.B.
bei Koaxialkabeln nicht der Fall, und diese
Bild 3: Zeitbereichs-(Entfernungsbereichs-)messung der Hohlleiter-Through WR90 (mit Short), mit
Einbindung der Dispersion
hf-praxis 4/2019 51

Messtechnik
Gleichung 2
Merkmale müssen beim Kalibrieren und
Messen von Hohlleitern mit einem VNA
eingebunden werden (Gleichung 2).
Zeitbereichsmessungen
mithilfe eines VNAs
VNAs sind sehr leistungsstarke, exakte und
flexible Messgeräte. Ihre Grundfunktion
besteht darin, Streuparameter (S-Parameter)
eines HF- oder Mikrowellenendgeräts
zu messen und die Ergebnisse im Frequenzbereich
darzustellen. Zuweilen geben Frequenzbereichsdaten
jedoch wenig Einblick
in die Eigenschaften des gemessenen Geräts.
Alle VNAs von Anritsu verfügen über eine
Zeitbereichs-Option, die beispielsweise
simulierte Zeitbereichsreflektometrie-Messungen
(TDR-Messungen) ermöglicht, bei
denen die im Frequenzbereich gemessenen
Daten in den Zeit- oder Entfernungsbereich
übertragen werden.
Überlegungen zum Messen
und Kalibrieren
(SSST) oder entsprechend Line-Reflect-
Line/Through-Reflect-Line (LRL/TRL).
Immer dann, wenn Sie einen VNA zum
Durchführen von Messungen an einem hohlleiterbasierten
Gerät kalibrieren möchten,
muss die Art des Mediums, d.h. der Hohlleiter,
Bestandteil der Kalibrierungsdefinition
sein. Dadurch werden die inhärenten
Dispersionseffekte, basierend auf Grenzfrequenz,
Dielektrikkonstante und Abmessungen,
die der Benutzer eingeben muss,
eingebunden. Da die Phase gemessen wird
und der Propagator (einschließlich der Phasengeschwindigkeit)
zur Berechnung der
Leitungslänge und der Werte für den Versatz
(einschließlich der Versatzwerte für
die Bezugsebene) verwendet wird, sind alle
Längenangaben falsch, wenn Dispersionseffekte
nicht berücksichtigt werden.
Die Dispersion wird auch immer Einfluss auf
die Messungen im Zeit- oder Entfernungsbereich
haben. Ein entlang eines Holleiters
gesendeter Impuls wird breiter und verschiebt
sich oder verwischt, und das zunehmend,
je länger er unterwegs ist. Dies ist
eine bei der Datenübertragung anzutreffende
bekannte Erscheinung, wenn Lichtwellenleiter
zur Anwendung kommen, aber auch
bei der Übertragung von Hochfrequenzen
mit Hohlleitern aus Metall.
Beim Durchführen von Zeit- und Entfernungsbereichsmessungen
eines Hohlleiters
unter Verwendung eines VNAs bedeutet die
Verbreiterung des Signals, dass die Maximalamplitude
niedriger ist, aber auch, dass
der Maximalwert weniger abgegrenzt ist
oder verwischt. Das heißt, dass ein Feststellen
der Entfernung zu einem Reflexions-
Spitzenwert weniger exakt möglich ist. Der
Spitzenwert wird ebenso verschoben, was
direkt dazu führt, dass die Entfernung zum
Spitzenwert fehlerhaft abgelesen wird. Ein
Kompensieren der Dispersionseffekte führt
dazu, dass die Reflexion des Signals deutlicher
zutage tritt.
Bild 2 zeigt einen einfachen Versuchsaufbau
und beispielhafte Messergebnisse, wobei
ein 223,6-mm-X-Band-Hohlleiter-Through
(69,6 + 154 mm) und ein 9,75-mm-Offset-
Short zum Einsatz kamen. Sowohl Kalibrierung
als auch Messung wurden zwischen 8,2
und 12,4 GHz durchgeführt. Die orangene
aktive Messkurve (Trace) zeigt das Ergebnis
bei Nichteinbindung der Dispersion, während
die braune Speicher-Trace die Ergeb-
Das weitverbreitetste Verfahren ist das Short-
Open-Load-Through-Verfahren (SOLT) für
koaxiale Medien. Wegen der Schwierigkeiten,
eine stabile Open-Normale zu schaffen,
die über eine hohe Reflexion verfügt,
wird SOLT für hohlleiterbasierte Medien
nicht empfohlen. Stattdessen verwendet man
normalerweise einen Kalibrieralgorithmus,
der sich auf verschiedene Versatzlängen
zwischen Shorts bzw. auf das grundsätzliche
Verhalten von Übertragungsleitungen
stützt, wie beispielsweise Triple Offset Short
Bild 4: Zeitbereichs-(Entfernungsbereichs-)messung an einem 60 cm langen Koaxialkabel mit freiem
Leitungsende, mit Einbindung der Dispersion
52 hf-praxis 4/2019

Messtechnik
Bild 4 zeigt beispielhaft eine Zeitbereichs-
(Entfernungsbereichs-)messung an einem
60 cm langen Koaxialkabel mit freiem Leitungsende
nach durchgeführter Hohlleiterkalibrierung
(LRL). Sie würden erwarten,
dass der Wert der gemessenen Entfernung
etwas über 60 cm beträgt, einschließlich
des Koaxial-zu-Hohlleiter-Adapters (Einfluss
des Adapters nicht kompensiert). Die
Reflexion des Kabels mit freiem Leitungsende
tritt jedoch in einer Entfernung von
weniger als 60 cm auf. Sie können außerdem
ein ähnliches Verwischen des Signals
beobachten wie in Bild 2. Da angenommen
wird, dass es sich beim gemessenen Medium
um ein hohlleiterbasiertes Medium handelt,
wird die Einbindung der Dispersion vorgenommen,
was zu einem Verwischen des
zurückgeworfenen Signals sowie zu einem
falschen Ablesewert für die Entfernung führt.
Lösung
Bild 5: Die Funktion „Leitungsart“ des Shockline VNA von Anritsu
nisse bei Einbindung der Dispersion zeigt.
Die Verbreiterung des reflektierten Signals
ist deutlich erkennbar, und man kann auch
sehen, dass die gemessene Leistung -0,8 dB
beträgt, während von einer Short ein Wert
nahe 0 dB erwartet wird (unter Annahme
verlustfreier Hohlleiter). Die gesamte physische
Länge der Hohlleiter-Through ist mit
233,35 mm eine bekannte Größe, die gemessene
Länge beträgt jedoch 302,31 mm. Bild
3 zeigt die gleiche Messung mit Einbindung
der Dispersion. Bei dieser Messung erhält
man als Ergebnis eine Länge von 231,53
mm und eine Leistung von -0.16 dB.
Immer dann, wenn Sie einen Hohlleiter
mit Normale messen möchten und diesen
ordnungsgemäß kalibriert haben, wird die
Einbindung der Dispersion automatisch
durchgeführt und angenommen, dass das
gemessene Medium und das Kalibrierungskit
die gleichen Merkmale haben und dass
die von Ihnen durchgeführten Zeitbereichsmessungen
korrekt sind.
Es gibt jedoch Möglichkeiten, Hohlleiter
so zu konzipieren, dass Dispersionseffekte
minimiert sind und diese Hohlleiter dadurch
als nichtdispersives Medium – ähnlich eines
unbegrenzten freien Raumes oder eines
Koaxialkabels – agiert. Dies ist manchmal
wünschenswert, beispielsweise in Anwendungen
zum Messen von Flüssigkeitsständen
in Behältern mittels Radartechnik, wo
der Verwendung eines Hohlleiters den Vorzug
gegeben wird, aber ein nichtdispersives
Medium die Einführung des Radarsensors
erleichtert. In einem solchen Fall führt die
Annahme, dass das Medium durch Kalibrierung
mit dem gemessenen Gerät, d.h. dem
Hohlleiter, egalisiert wird, zu fehlerhaften
Messergebnissen.
Die Shockline VNAs umfassen eine Funktion,
mit der der Benutzer das zu messende
Medium (oder die Leitungsart) konfigurieren
kann. Bild 5 betrifft die Funktion „Leitungsart“
des Shockline VNA von Anritsu. Die
Nutzung dieser Funktion, bei der die Leitungsart
auf nichtdispersiv eingestellt wird,
und eine Wiederholung der Messung lt. Bild
4 bringt das in Bild 6 dargestellte Ergebnis.
Die aktive (orangefarbene) Messkurve zeigt
die Messergebnisse der nichtdispersiven Leitungsart.
Sie können leicht feststellen, dass
das Verwischen des Signals, welches durch
die Einbindung der Dispersion verursacht
wurde, beseitigt ist. Weiterhin deckt sich der
Messwert für die Entfernung mit den Erwartungen
des Beobachters, d.h. die Länge von
Kabel und Hohlleiter bis zum Koaxialadapter
beträgt etwas mehr als 60 cm.
Fazit
Die Funktion „Leitungsart“ der Shockline-
VNAs von Anritsu, die für gewöhnlich nur
in Highend-VNAs vorzufinden ist, bietet
Benutzern eine Menge an Flexibilität bei
der Konfiguration von Messungen komplexer
Strukturen, wie beispielsweise Hohlleitern
mit nichtdispersiven Eigenschaften. ◄
Bild 6: Zeitbereichs-(Entfernungsbereichs-)messung an einem 60 cm langen Koaxialkabel mit freiem
Leitungsende, ohne Einbindung der Dispersion durch Auswahl einer nicht-dispersiven Leitungsart
hf-praxis 4/2019 53

Elektromechanik
Hohlleiter-Koax-Adapter zur
verlustarmen Übertragung
bis 110 GHz
Produkt-Portfolio, technische Daten und
Abmessungen im Detail dargestellt.
■ Rosenberger Hochfrequenztechnik
GmbH & Co. KG
info@rosenberger.com
www.rosenberger.com
SE Spezial-Electronic
vertreibt Ex-D-Sub-Portfolio
von Erni
Erni hatte sein D-Sub-Steckverbinder-Portfolio
im Rahmen einer strategischen Neuausrichtung
Mitte letzten Jahres abgekündigt.
Die Übernahme und Fortführung der
Produktion durch Provertha gewährleistet
nun eine weitere langfristige Verfügbarkeit
dieser Produkte für laufende und künftige
Kunden-Designs.
Rosenberger hat ein umfangreiches Produktspektrum
an Hohlleiter-Koax-Adaptern
entwickelt, die zur verlustarmen Übertragung
zwischen Hohlleiter und Koax-Steckverbinder
eingesetzt werden. Die Produktpalette
– gerade und rechtwinklige Bauformen
auf Rund- oder Rechteck-Flansch – umfasst
Hohlleiter-Koax-Adapter der Serien SMA,
RPC-2.92, RPC-1.85, RPC-1.35 und RPC-
1.00 und deckt Frequenzbereiche von 7.05
bis 110 GHz (11 Frequenzbänder von WR
112 bis WR 10) ab. In einem neuen Flyer
Waveguide-to-Coaxial Adaptors (engl.) sind
Als Vertriebspartner des Steckverbinderherstellers
Provertha führt SE Spezial-Electronic
ab sofort auch das komplette frühere
D-Sub/TMC-Steckverbinder-Portfolio von
Erni mit neun bis 50 Polen und verschiedenen
Ausführungen im Programm.
Alle betroffenen Steckverbinder behalten
ihre bisherigen Artikelnummern. Ausführliche
Informationen zum kompletten D-Sub-
Steckverbinder-Portfolio von Provertha
können unter emech@spezial.com angefordert
werden.
■ SE Spezial-Electronic GmbH
www.spezial.com
Fachbücher für die
Praxis
Smith-Diagramm
Einführung und Praxisleitfaden
Joachim Müller, 21 x 28 cm, 117 Seiten, zahlreiche,
teilweise farbige Abbildungen, beam-Verlag 2009,
ISBN 978-3-88976-155-2, Art.-Nr.: 118082, 29,80 €
Das Smith-Diagramm ist bis heute das wichtigste
Instrument zur bildlichen Darstellung der Anpassung
und zum Verständnis der Vorgänge in HF-Systemen.
In der einschlägigen Fachliteratur findet man zwar
viele Stellen zum Smith-Diagramm, sie erfordern
aber meist erhebliche mathematische Kenntnisse:
Eine grundlegende Einführung sucht man vergeblich.
Diese Lücke schließt dieses Buch als praxisnahe
Einführung in den Aufbau und die Handhabung
des Diagramms. Mathematikkenntnisse die zu einer
elektrotechnischen Ausbildung gehören, reichen
dabei aus.
Aus dem Inhalt:
Der Weg zum Smith-Diagramm - Komplexe
Zahlen - Reflexion bei Einzelimpulsen und
kontinuierlichen Sinussignalen - Reflexionsfaktor
- Rückflussdämpfung, VSWR, Kreisdiagramme;
Reflexionsdiagramm - Schmidt-Buschbeck-
Diagramm - CarterDiagramm - Praxis mit
dem Smith-Diagramm; Kompensation von
Blindanteilen, Ortslinie über Frequenz - Leitung als
Transformator, elektrisch kurze bzw. lange Leitung,
S-Parameter und Smith-Diagramm - Leitwert-Smith-
Diagramm - Darstellung von Leitwerten im Smith-
Diagramm, Parallelschaltung von Bauelementen
- Grundelemente unter der Lupe - Ortslinien von
Induktivitäten und Kapazitäten, das Bauelement
Leitung – Stubs - Anpassung mit dem L-Glied -
Hilfsmittel für die Arbeit mit dem Smith-Diagramm
- Software - Messtechnik
Unser gesamtes Buchprogramm finden Sie unter www.beam-verlag.de
oder bestellen Sie über info@beam-verlag.de
54
hf-praxis 4/2019

NI AWR Design Environment
RF/Microwave EDA Software Suite
AWR
ni.com/awr

AWR
NI AWR Design
Environment
Accelerating RF/
Microwave Designs
From Concept to
Product
The NI AWR Design Environment platform tackles
the design challenges of today’s highly-integrated
RF/microwave devices being driven by nextgeneration
communications and radar systems
such as 5G, IoT, and smart vehicles.
As component performance requirements become
more stringent due to market demands, designers
must deliver novel designs with unique topologies
and architectures based on greater exploration of
the design space.
To meet these challenges, NI AWR software
focuses on RF/microwave design with an emphasis
on expediting all stages of design, from initial starts
using powerful network synthesis to circuit/system
and EM simulation technology for performance
optimization. Coupled with design automation,
NI AWR software provides an unmatched user
experience from which to accelerate RF/microwave
designs from concept to product.
V14 Release Highlights
Design Environment, Layout, and Automation
■
■
■
■
Create data dashboard displays with dynamic document/measurements
New PCB import wizard for streamlined layout edit/capture
Enhanced intelligent net (iNet ) routing
Improved layout manager
System Simulation and Models/Libraries
■
■
■
■
Enhanced MIMO/phased-array model support (add-on module)
New spatial channel models
System bus support
Low-density parity check (LDPC) encoder/decoder
Circuit Simulation and Models/Libraries
■
■
■
■
New network synthesis capability for impedance matching (add-on module)
New tuner interface for large-scale parametric design
Loop-gain stability analysis
Enhanced generic measurement data interchange format (GMDIF) model
EM Simulation and Modeling
■
■
■
■
Port points for component/EM integration
3D internal-wave ports for complex structure modeling
3D frequency-dependent materials
Support for conformal structures such as embedded IoT antennas
AWR
Learn more at awrcorp.com/whatsnew

MMIC and Modules
NI AWR software tools enhance MMIC and integrated multi-technology module
development with design flow automation, EM analysis for heterogeneous
structures, and dense high-frequency interconnects. Advanced shape
preprocessing, hierarchical simulation, and improved EM mapping of stackup
layers ensure accurate and timely results.
Amplifiers
NI AWR Design Environment load-pull capabilities support synchronized source/
load pull, expediting the design of input/output-matching networks. With
the introduction of a genetic algorithm-based network synthesis wizard for
interactive impedance matching of challenging PA types such as broadband/
multiband and large-periphery power amplifiers, designers can quickly gain
insights for developing robust designs faster.
RF PCBs
NI AWR software products streamline design flows between RF-circuit design
and system-board layout tools from leading vendors through a novel PCB
Import wizard supporting IPC-2581 (A and B) and ODB++ (V7 and V8) file
formats. Design verification flows benefit from shape modifiers to de-feature
PCB layout for faster, more robust EM simulation, and automation to manage
and simplify PCB analysis.
Filters
Accelerate filter design with the iFilter NI AWR software filter synthesis wizard,
which offers automatic, semiautomatic, or manual extraction and transformation
of transmission zeros such as DC, INF, and finite, as well as transformations
from over 80 filter types. NI AWR Design Environment software also includes
reference projects to further accelerate design starts.
Application Highlights
Antennas and Phased Arrays
MIMO and beam-steering phased-array antennas are enabling technologies
for achieving the OTA spatial efficiency called for by 5G and emerging radar
applications. NI AWR software offers phased-array models and WINNER
II and 5G spatial channel models that enable designers to develop and
optimize array configurations, as well as to rapidly validate end-to-end system
performance.
5G Communications
NI AWR software supports 5G communications with a library of the latest
5G specifications for 5G New Radio (NR) as well as previous 5G candidate
waveforms such as FBMC, GFDM, and more. Pre-configured test benches
include signal generation and demodulation to allow for full-system simulation and
measurements such as BER, ACPR, and EVM.

AWR
Try AWR
Try NI AWR software today and see for yourself how easy and effective it is to
streamline your design process, improve end-product performance, and accelerate time
to market for MMICs, RFICs, RF PCBs, microwave modules, antennas, communication
systems, radar systems, and more.
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Resource Library
White Papers
■
■
System Simulation Primer for RF-Link Budget Analysis
5G Primer for MIMO/Phased-Array Antennas
AWR.TV Playlists
Solutions
■
■
Module/MMIC Design
PA Design
Webinars
■
Complete X-Band 2x2 Phased-Array Antenna Design/Simulation
■
■
Filter Design
Antenna Design
■
Phased-Array Antenna Simulation for 5G
■
PCB Design
■
Application Notes
Community
■
Using AntSyn to Design an Ultra-Wideband Antenna
■
About Us
■
Design of a 10-GHz Low-Noise Amplifier
■
Interviews
Success Stories
■
Aalto University Students Design a 1.5-GHz Doppler Radar
■
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Customer/Spotlight
Industry Insights
■
Wolfspeed Designs a Compact PA Solution
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trademarks of National Instruments. Other product and company names listed are trademarks or trade names of their respective companies.
HF-PRX-INSERT-V18-0-2019.3.11

Bauelemente
Integrierte Mikrowellen-Auf- und -Abwärtswandler
Analog Devices stellte die
hochintegrierten Mikrowellen-
Aufwärts-/Abwärtswandler
ADMV1013 und ADMV1014
vor. Die ICs arbeiten über einen
Frequenzbereich von 24 bis
44 GHz, was die Entwicklung
vereinfacht und die Kosten zur
Realisierung von nur einer Plattform
für alle Millimeterwellenbänder
der fünften Mobilfunkgeneration
(5G) einschließlich
28 und 39 GHz senkt. Darüber
hinaus bietet der Chipsatz eine
Momentanbandbreite von 1 GHz
und unterstützt somit alle Breitbanddienste
und Ultrabreitband-
Transceiver-Anwendungen. Die
Wandler enthalten IQ-Mischer
mit auf dem Chip integrierten
programmierbarem Quadratur-
Phasenschieber, konfigurierbar
für direkte Wandlung (Direct
Conversion) in das oder aus dem
Basisband (DC bis 6 GHz) oder
auf eine Zwischenfrequenz (800
MHz bis 6 GHz).
Ebenfalls integriert sind spannungsveränderliche
Dämpfungsglieder,
Verstärker im Sendepfad
und ein Empfangs-LNA, LO-
Puffer mit Frequenzmultiplizierer
(x4) und programmierbare
Tracking-Filter. Die meisten
programmierbaren Funktionen
sind über eine serielle Schnittstelle
(SPI) steuerbar. Dadurch
bieten die ICs auch die einzigartige
Fähigkeit, bei jedem Aufund
Abwärtswandler die jeweilige
Ungleichheit der Quadraturphase
zu korrigieren. Somit
lassen sich die normalerweise
nur schwer unterdrückbaren
Seitenbandemissionen von 32
dBc (typ.) auf 10 dB oder mehr
verbessern. Daraus resultieren
unübertroffene Leistungsdaten
für den Mikrowellenfunk. Die
Kombination von Leistungsmerkmalen
bietet eine hohe
Flexibilität und einfache Handhabung,
während sich die Zahl
der extern erforderlichen Bauteile
minimiert und die Entwicklung
von Systemen mit kleinem
Formfaktor, zum Beispiel Small
Cells, ermöglicht wird.
Die hochintegrierten Mikrowellen-Auf-
und -Abwärtswandler
ADMV1013 und ADMV1014
eignen sich optimal für die
Mikrowellenfunk-Plattformen
in den aufkommenden 28-
und 39-GHz-Frequenzbändern
von 5G. Die mögliche
1-GHz-Momentanbandbreite
der Mischer in Verbindung mit
deren Intercept-Punkt dritter
Ordnung (OIP3) von über 20
dBm des Aufwärtswandlers,
welche anspruchsvolle Modulationsverfahren
wie 1024QAM
unterstützen, sind für Multigigabit-Wireless-Daten
notwendig.
Auch in anderen Anwendungen
bietet der Chipsatz Vorteile.
Dazu gehören Breitband-Kommunikationsverbindungen
von
Satelliten- und Erdfunkstellen,
Bordfunkgeräte sowie HF-Testgeräte
und Radarsysteme. Die
hervorragende Linearität und
Spiegelfrequenzunterdrückung
der beiden ICs sind besonders
interessant für Mikrowellen-
Transceiver.
Der ADMV1013 wird in einem
6 x 6 mm großen LGA mit 40 Pins
angeboten. Den ADMV1014 gibt
es im 32-poligen LGA mit den
Abmessungen 5 x 5 mm. Muster
und Produktionsmengen sind
verfügbar.
ADMV1013: Integrierter
Mikrowellen-Einzelseitenband-Aufwärtswandler
• Ausgangsfrequenzbereich
24 bis 44 GHz
• IQ-Basisbandbandbreite
DC bis 6 GHz
• LO-Eingangsfrequenzbereich
(bei 0 dBm Drive) 5,4 bis
10,25 GHz
Piezo-Summer
kundenspezifisch
konfektioniert
Sonitron (Werksvertretung:
Infratron), der belgische Produzent
von Piezo-Summern
und Piezo-Lautsprechern, bietet
seine qualitativ höchstwertigen
Baureihen „Standard-
Serie“ und „SMAC“ nun auch
mit werkseitiger Konfektionierung
an.
Bisher wurden diese Teile
entweder mit Lötpins oder
„Fast-on“-Terminals geliefert.
Hierdurch bestand die
Notwendigkeit, die Kabelverbindung
vollständig auf
Kundenseite herzustellen, was
einen zusätzlichen Aufwand
von Zeit und Geld bedeutete.
Durch die neue Lösung wird
die vom Kunden spezifizierte
Kabelverbindung bereits im
• Seitenbandunterdrückung
32 dBc typ.
• hoher Ausgangs-IP3
23 dBm bei 28 GHz
• Wandlungsverstärkung 18 dB
• variabler Spannungsverstärkungsbereich
35 dB
• Trägerunterdrückung
(Carrier Leakage) -20 dBm
bei 28 GHz typ.
ADMV1014: Integrierter
Mikrowellen-Abwärtswandler
mit Spiegelfrequenzunterdrückung
• Eingangsfrequenzbereich
24 bis 44 GHz
• IQ-Basisbandbandbreite
DC bis 6 GHz
• LO-Eingangsfrequenzbereich
(bei 0 dBm Drive)
5,4 bis 10,25 GHz
• Spiegelfrequenzunterdrückung
30 dBc typ.
• Eingangs-IP3 0 dBm
• Rauschzahl einer Kaskade
5,5 dB
• Wandlungsverstärkung 17 dB
• variabler Spannungsverstärkungsbereich
19 dB
■ Analog Devices
www.analog.com
Werk angebracht, und zwar
vor der hermetischen Versiegelung
des Gehäuses. Hierdurch
entfällt nicht nur der
zusätzliche Aufwand, auch
die Robustheit, die Zuverlässigkeit,
und die Umweltdichtigkeit
werden verbessert.
■ Infratron GmbH
www.infratron.de
hf-praxis 4/2019 59

Bauelemente
Handlicher Spezialschlüssel
für die Steckermontage
Für die präzise Montage von Steckern und
Steckverbindern wurde von Mini-Circuits
das praktische Werkzeug TRQ-516-08 entwickelt.
Damit dies gut gelingt, wurde es
selbst auch sehr präzise, also mit geringen
Toleranzen, ausgeführt. Dieses handliche
Tool für den Laborgebrauch eignet sich für
die SMA-Verbinder 3,5, 2,92, 2,4 und 1,85
mm. Sowohl ein Überdrehen als auch ein zu
loses Anziehen werden durch die spezielle
Technik wirksam vermieden. Dieses Tool
ist sehr leicht (83 g) und äußerst einfach zu
handhaben, die Konstruktion ist robust und
besteht aus rostfreiem Stahl.
Monolithischer Verstärker mit
ultrahohem Dynamikbereich
Mini-Circuits hat mit dem PHA-13HLN+
einen RoHS-konformen fortschrittlichen
Breitbandverstärker in E-PHEMT-Technologie
herausgebracht. Der PHA-13HLN+
ist ein 50-Ohm-Verstärker für 1 bis 1 GHz.
Dieses Produkt bietet einen extrem hohen
Dynamikbereich über ein breites Frequenzspektrum
in Kombination mit geringem
Rauschen. Die wichtigsten Kennzeichen
sind IP3 43 dBm typisch, mittlere Leistung
28,7 dBm typisch und Rauschmaß 1,1 bei
500 MHz dB typisch. Der PHA-13HLN+
weist zudem einen guten Wert für die Rückflussdämpfung
an Ein- und Ausgang auf. Er
ist mit einem SOT-89-Gehäuse ausgestattet,
hat eine sehr gute thermische Performance
und eignet sich optimal für den Einsatz in
Treiberverstärkern für komplexe Wellenformen
in Up-Konverter-Pfaden, Treiber in
linearisierten Sendesystemen oder zweitrangigen
Verstärkern (secondary amplifiers) in
Ultra-High-Dynamic-Range-Empfängern.
Weitere typische Applikationen: Basisstationen,
CATV und Zellularfunk.
Weitere technische Daten
• Einsatztemperatur -40 bis +95 °C
• Lagertemperatur -65 bis +150 °C
• IP3 38,4 dBm typ. bei 1 MHz, 43 dBm
typ. bei 500 MHz
• IP3 etwa 15 dB über P1dB-Punkt
• P1dB 28,7 dBm bei 500 MHz
• Verlustleistung max. 3,3 W
• Versorgungsspannung max. 10 V
• Verstärkung bei 500 MHz typ. 25 dB
Kleiner MMIC-Gain-Slope-
Equalizer für DC bis 20 GHz
Der EQY-3-24+ von Mini-Circuits ist ein
absorptiver MMIC-Gain-Equalizer mit einer
negativen 3,1-dB-Slope im Frequenzbereich
von DC bis 20 GHz. Solche Eequalizer mit
fester Slope sind hilfreich in Breitbandverstärkern,
Empfängern und Sendern, in
Applikationen der drahtlosen Kommunikation
bis hin zu Breitband- und Optikanwendungen
bei Satelliten, Wehrtechnik und
anderen. Dieses Modell ist in der Lage, bis
zu 34 dBm HF-Eingangsleistung zu verarbeiten
und weist 20 dB typische Rückflussdämpfung
im gesamten Einsatzfrequenzbereich
auf. Hergestellt in einer hochgenauen
GaAs-IPD-Technology, weist dieser Equalizer
herausragend engtolerierte Daten auf
und ist bestens geeeignet für die Massenproduktion.
Er besitzt ein 2 x 2 mm messendes
8-Lead-QFN-Gehäuse. Die Vertreter
der EQY-Serie von MMIC-Gain-Slope-
Equalizern sind mit einer breiten Palette von
Slope-Werten lieferbar.
Weitere technische Daten
• Einsatztemperatur -40 bis +95 °C
• Lagertemperatur -65 bis +150 °C
• Eingangsleistung max. 34 dBm
• Verlustleistung max. 3,3 W
• Versorgungsspannung max. 10 V
• Verstärkung bei 500 MHz typ. 25 dB
Surface-Mount-Richtkoppler
verträgt 150 W
Der neue Richtkoppler BDCH-25-33+ von
Mini Circuits ist stripline-basiert für Oberflächenmontage
und arbeitet bidirektional.
Die Durchgangsleistung kann bis zu 150 W
im vorgesehenen Einsatzfrequenzbereich
von 800 bis 3000 MHz betragen. Dieses
Modell weist 25 dB nominelles Koppelmaß
im vollen Einsatzfrequenzbereich auf,
wobei die Coupling-Flatness mit ±0,6 dB
angegeben wird. Weitere Eigenschaften: 28
dB Richtschärfe und 31 dB Rückflussdämpfung
an allen Ports sowie eine Vollband-
Einfügedämpfung von typisch nur 0,2 dB.
Der Koppler besteht aus offenem gedrucktem
Laminat mit den Abmessungen 1 × 0,5
× 0,051 Inch mit umlaufenden Anschlüssen.
Weitere technische Daten
• Einsatztemperatur -55 bis +105 °C
• Lagertemperatur -55 bis +125 °C
• DC max. 2 A
• Einfügedämpfung max. 0,3 dB
• Wärmewiderstand typ. 0,3 W/K
■ Mini-Circuits
sales@minicircuits.com
www.minicircuits.com
FR4- und HF-Materialien
sensitiv laserstrukturieren
Doppelseitige FR4-Leiterplatte strukturiert mit
dem LPKF ProtoLaser ST
Schnelle Bearbeitung, breite Materialpalette,
sichere Prozessergebnisse im Labor
und letztendlich kurze Time-to-Market – das
wünschen sich (nicht nur) Leiterplattenentwickler.
Der LPKF ProtoLaser ST realisiert
diese Wünsche, beispielsweise für komplexe
Digital- und Analogschaltungen, HF- und
Mikrowellenleiterplatten. Er erzielt exakte
Geometrien auf fast jedem Material. Damit
ist das Lasersystem ideal für die Struktu-
60 hf-praxis 4/2019

Bauelemente
Hoher Durchsatz mit niedrigen Leistungsprofil
Treiberfamilie für Single-
Lambda-100G- und 400G-
Anwendungen
Macom Technology
Solutions,
Inc. gab die Verfügbarkeit
einer
neuen Treiberfamilie
für Single-Lambda-100G- und
400G-Anwendungen bekannt. Diese EMLund
Silizium-Photonik-Treiber der zweiten
Generation bieten eine hohe Leistung
im kostengünstigen SMT-Gehäuse, das für
100G DR1/FR1 und 400G DR4/FR4 erforderlich
ist. Die MAOM-Familie umfasst:
• 005321: einkanaliger EML-Treiber 3
x 4 mm
• 005324: einkanaliger Silizium-Photonik-Treiber
3 x 4 mm
• 005421: vierkanaliger EML-Treiber 7
x 7,2 mm
• 005424: vierkanaliger Silizium-Photonik-Treiber
5 x 6 mm
Um die steigende Nachfrage nach höherer
Datenkapazität zu befriedigen, benötigen
Telekom-Hersteller leistungsstarke
100G-pro-Lambda-Konnektivitätslösungen
zu einem günstigen Preis. Die
neuen Lineartreiber mit hoher Ausgangsspannung
und niedrigem Stromverbrauch
sind darauf ausgelegt, den Wechsel in der
Branche zu Single-Lambda-basierten
100G- und 400G-Modulen zu ermöglichen.
Die hohe Verstärkung, die große
Bandbreite und der niedrige THD-Wert
soegen für eine erstklassige PAM-4-Leistung,
während die hohe Ausgangsspannungsfestigkeit
höchst ergiebige Lösungen
mit einer Vielzahl von optischen Modulen
ermöglicht. Ob es sich nun um eine
EML- oder SiPh-basierte Modullösung
handelt – die Macom-Treiberfamilie der
zweiten Generation mit verbesserter Leistung
bei geringeren Kosten ist die optimale
Lösung.
Die EML-Treiber MAOM-005321 und
MAOM-005421 haben differentielle Eingänge
und einen linearen Single-ended-
Ausgang von bis zu 1,8 Vpp mit integrierten
Bias-Ts für Treiber und EML. Die
MAOM-005324 und MAOM-005424 sind
Silizium-Photonik-MZ-Treiber und verfügen
über differentielle Eingänge und einen
Differenzausgang für bis zu 3,6 Vpp mit
direkter Kopplung an den Modulator für
minimale Verluste und optimale Leistung.
Die neuen EML-Treiber sind pinkompatibel
zu den Geräten der ersten Generation
MAOM-005311 und MAOM-005411 und
können mit den ein- und vierkanaligen
linearen TIAs MATA-005817 und MATA-
003819 für eine komplette Empfangs- und
Übertragungslösung kombiniert werden.
400G-PAM-4-Chipsatz für
die optische Konnektivität
Macom Technology Solutions, Inc.
gab die Verfügbarkeit seiner vierkanaligen
(4x100G) 56/106-Gbit-PAM-4-Linear-Transimpedance-Amplifier
(TIAs)
bekannt, die für den Einsatz in optischen
400G-Modulen für Cloud-Data-Center-
Anwendungen optimiert sind. Die neuen
MATA-03820 und MATA-03819 sind in
den Gehäusevarianten Flip Chip und Wire
Bonding erhältlich und ermöglichen einen
schnellen, flexiblen Einsatz in Single-
Lambda-400G-FR4 und DR4-formatigen
QSFP-DD- und OSFP-Modulen.
Mit einer rauscharmen
Leistung
von weniger als
1,5 µA RMS und
einer Bandbreite von bis zu 35 GHz unterstützen
die TIA-Familien optische Datenverbindungen
mit hohem Durchsatz in
einem sehr niedrigen Leis tungsprofil und
sind optimal für den Einsatz in hochdichten
optischen Rechenzentrumsverbindungen.
Zu den Funktionen gehören RSSI für die
Fotoausrichtung und Leistungsüberwachung
sowie I 2 C-Management-Schnittstelle
zur Steuerung von Bandbreite, Ausgangsamplitude,
Spitzenwert, Signalverlust,
Verstärkung und anderen Parametern.
Die rauscharme Leistung der Macom TIA
in Verbindung mit der flexiblen Programmierbarkeit
ermöglicht branchenweit führende
Bitfehlerraten bei der Implementierung
mit einem DSP für 400G-Module. Die
TIAs MATA-03820 und MATA-03819 stehen
in Produktionsmengen zur Verfügung.
■ Macom Technology Solutions, Inc.
www.macom.com
rierung von ein- oder doppelseitigen Leiterplatten,
Antennen, Filtern sowie vielen
Anwendungen, bei denen es auf präzise
und steile Flanken ankommt.
Ohne den Einsatz von Ätztechnik – und
damit ohne besondere Schulung, Sicherheitssysteme
oder Beachtung von Umweltauflagen
- lassen sich mit dem LPKF Proto-
Laser ST innerhalb weniger Minuten auch
sensible Oberflächen präzise bearbeiten.
Die Hochleistungsmaschine zur besonders
materialschonenden Bearbeitung erreicht
hohe Geschwindigkeiten, die beispielsweise
durch Fräsprozesse nicht zu erzielen
sind. Möglich ist dies durch die Verwendung
einer speziellen Laserquelle und durch
den digitalen, Scanner-basierten Prozess.
Für die einfache Bedienung sorgt die integrierte
Software, die Datenaufbereitung und
Systemsteuerung in einem ist. Gewünschte
Layout-Änderungen und damit einhergehende
Iterationsschritte lassen sich flexibel
und schnell umsetzen.
Gemeinsam mit dem integrierten Kamerasystem
ermöglicht die Software die akkurate
Positionierung zur Bearbeitung der vorab
gebohrten und ausgeschnittenen Leiterplatten
– für exakte Ergebnisse.
Der LPKF ProtoLaser ST ermöglicht effizientes
Prototyping oder On-Demand-Fertigung
kundenspezifischer Kleinserien. Als
kompaktes Tabletop-System mit der Laserklasse
1 ist er in praktisch jedem Labor einsetzbar.
Notwendig sind für den Betrieb
lediglich eine Steckdose und Druckluft.
■ LPKF
Laser & Electronics AG
www.lpkf.de
hf-praxis 4/2019 61

5G Primer for MIMO/Phased Array Antennas
Teil 4: 5G and MIMO Design With Circuit/Antenna Co-Simulation
EM simulation software is commonly
used to simulate antennas
with multiple feeds, including
phased arrays, stacked radiators
with different polarizations,
and single apertures with multiple
feed points. These types
of antennas are popular for
communication systems where
MIMO and polarization diversity
antenna configurations are
being rolled out.
The beam of multiple-feed
antennas is controlled by changing
the phase and amplitude of
the signals going into the various
feeds. An accurate simulation of
such a system must account for
the interaction that occurs between
the antenna elements and
the driving feed network. The
problem for simulation software
is that the antenna and the
driving feed network influence
each other. The antenna’s pattern
is changed by setting the input
power and relative phasing at its
various ports. At the same time,
the input impedances at the ports
change with the antenna pattern.
Since input impedance affects
the performance of the nonlinear
driving circuit, the changing
antenna pattern affects the overall
system performance.
Until now, engineers have been
forced to simulate the coupled
circuit/antenna effects manually
using an iterative process.
For example, first the antenna
is driven with idealized sources
with known phasing at the
input ports. The impedance of
the ports is then used as the load
impedance for the driving circuit.
The process is then iterated until
Figure 1: A 4x4 patch array (left), where each patch is fed by a pin coming up from the bottom ground plane. The right
picture shows the mesh of one element, and the driving pin to the ground plane
NI AWR Design Environment
Ni.com.awr
Figure 2: Corporate feed network for the patch array. Each element is driven by a MMIC amplifier and controlled by a
phase shifter and attenuator
62 hf-praxis 4/2019

RF & Wireless
can build up due to the loading
at the antenna ports.
Another often neglected but
important point is that the PA
driving the antenna requires a
nonlinear circuit simulation. It
is therefore important that the
antenna’s S-parameters include a
DC simulation point and values
at the various harmonics used in
the harmonic balance simulation.
Otherwise it is possible to
have unpredicted degradations
in system performance due to
poor matching at the harmonic
frequencies or inaccurately specified
DC biasing.
Figure 3: The left picture shows one Wilkinson divider and the transmit module, which contains the phase shifter,
attenuator, and a MMIC amplifier.
convergence is reached. This
procedure is awkward and time
consuming. Fortunately, there
is a faster, more accurate way
to attain the final result.
The in-situ measurement feature
in Microwave Office software
enables communication
between the circuit and antenna,
thus automatically accounting
for the coupling between the
circuit and the antenna in an
easy-to-use framework. The designer
identifies the antenna data
source, the circuit schematic driving
the antenna, and the measurement
under consideration;
for example, the power radiated
over scan angle. This concept is
illustrated in this section using
two phased-array examples in
which the antennas are simulated
in AXIEM 3D planar and
Analyst 3D FEM EM simulators.
by the circuit simulator, which
also includes the feed network
and amplifiers. As the phase shifters
are tuned over their values,
the antenna’s beam is steered.
At the same time, each amplifier
sees the changing impedance at
the antenna input it is attached
to, which affects the amplifier’s
performance. The PAs are nonlinear,
designed to operate at their
1 dB compression point (P1dB)
for maximum efficiency. They
are therefore sensitive to the
changing load impedances presented
by the array.
The combined circuit and EM
simulations are necessary for
a number of reasons. First, the
EM simulation is necessary
because the antenna elements
interact with each other, which
can significantly degrade the
antenna’s performance. An
extreme example of this is scan
blindness, where the interaction
between the elements causes
no radiation to occur at certain
scan angles. The coupling
between the elements can also
lead to resonances in the feed
network. In order to optimize
the feed network to account for
deficiencies in the antenna, the
entire array combined with the
entire circuit must be optimized.
It is critical to simulate the feed
network itself since resonances
Figure 1 shows the 4x4 patch
antenna array. Each patch is fed
individually by a pin going to
the ground below. The port is
placed at the bottom of the pin.
AXIEM software, which is used
for the planar EM simulations,
has the ability to ground a port
with a metal strap, which is used
as the pin. This type of simulator
is ideal for planar patch arrays
that may require a 3D EM simulator
depending on the structure
details, since the patch is not in
a package and radiation effects
are therefore included automatically.
It should be noted that the
simulation techniques described
in this paper do not depend on
a specific EM simulator, since
third-party simulated or measured
S-parameter data can be
used to represent the antenna
Patch Microstrip Array
Optimized Using
Microwave Office
Software
In this example a 4x4 patch
array that is driven by a corporate
feed network with a phase
shifter and attenuator at each element
is simulated. A MMIC PA
is placed at each element before
its corresponding phase shifter.
The array is only simulated once
in the EM simulator. The resulting
S-parameters are then used
Figure 4: 3D layout view of the designed MMIC amplifier.
hf-praxis 4/2019 63

RF & Wireless
In this example, the feed network
is simulated entirely in the
circuit simulator. A more realistic
example would simulate the
layout of the feed network in an
EM simulator to make sure the
models are accurate and there is
no unintended coupling between
sections of the network.
Figure 5: The Smith chart shows the input impedance to an isolated element and to elements when the entire array is
simulated. Load pull contours for power getting to the load are also shown
response. The corporate feed
network is shown in Figure 2.
The power is input from the right
side. Wilkinson dividers are used
to split the signal and feed the
16 patches. Figure 3 shows the
feed for a typical patch.
The transmit module and Wilkinson
divider are shown in detail
on the right side of Figure 3 and
the inside of the transmit module
on the left side. Each transmit
module has a phase shifter,
attenuator, and MMIC amplifier
chip. The beam is steered by setting
the phase and attenuation
going into the MMIC amplifier
and then sending the resulting
signal to the patch. The phase
and attenuation are controlled
by variables in the software,
which can be tuned and optimized
as desired. In this manner,
the beam can be scanned.
Figure 4 shows the 3D view of
the MMIC amplifier which is a
two-stage, 8-field effect transistor
(FET) amplifier designed to
work at X-band.
Typical circuit
simulation results
are shown in Figure 5. The
system is designed to work
at 10 GHz. The purple curve
shows the input impedance for
an isolated patch from 6 to 14
GHz on a 50 Ohm normalized
Smith chart. The marker shows
the normalized impedance at 10
GHz. The four crosses show the
input impedance of four typical
elements at 10 GHz. Note
that the interaction between the
elements in the array shifts the
input impedance of each element
from that of an isolated
patch. The green contours are
load-pull simulations for the
MMIC amplifier, showing the
power delivered to a load. The
shifting of the impedances of
the antenna feed results in a 0.5
dB degradation of power to the
elements. (Figure 5 power contours
are in 0.5 dB increments.)
Examples of the antenna pattern
are shown in Figure 6. The beam
is steered by controlling the relative
phasing and attenuation to
the various transmit modules. In
practice, the harmonic balance
takes substantial time to run
Figure 6: The beam of the array as it is scanned through typical values of theta and phi
64 hf-praxis 4/2019

RF & Wireless
the amplifier and feed network.
The load impedances of the array
are incorporated into the circuit
simulation. This automates
the process, saving design time
and delivering products to market
faster.
Figure 7: The antenna pattern is optimized to be below the blue bars
with 16 power amplifiers. Therefore,
the beam is steered with
the amplifiers turned off. The designer
then turns on the power
amplifiers for specific points of
interest. Note: the far-right image
in Figure 6 shows a second lobe
created when the main lobe is at
a near grazing angle.
This second example is an 8x8
patch array. Anything that can
be tuned in Microwave Office
software can also be optimized.
For example, in Figure 7, the
antenna pattern is optimized
for a certain scan angle. In the
interests of time, the amplifiers
are not included in the optimization.
At the end the amplifiers
are turned on to see the amount
of degradation. The plot is of the
total power in the beam, scanning
in the theta direction with
phi at 0 degrees. The blue bars
show the optimizer goals for the
measurement. The purple pattern
is the original broadside pattern.
The optimizer changes the phase
and attenuation at the feeds to
the patches. The resulting blue
curve meets the optimization
goal of scanning at 20 degrees
with acceptable side lobe levels.
Summary
Designing antennas with multiple
feed points for communications
or radar systems requires
simulation of the interaction that
occurs between the circuit, typically
a highly nonlinear power
amplifier, the feed network, and
the antenna. The beam is steered
by the circuitry, and as the beam
changes the input impedance
or input characteristics of the
antenna change, which effects
the circuit. The circuit and the
antenna are connected, so both
must be included in the simulation.
The traditional method of simulating
antennas with multiple
feeds is to simulate the coupled
antenna/circuit effects manually
using an iterative process
that is time consuming and
frustrating. Microwave Office
circuit and antenna simulation
are coupled together, enabling
arrays to be easily excited from
Conclusion
To achieve the aggressive goals
of 5G communications, a number
of innovations are being pursued,
including improvements
in OTA efficiency through the
expansion of MIMO and beamsteering
technologies, both of
which will be possible through
the development of more complex
antenna systems. The strain
on design resources for hardware
manufacturers will be compounded
as more complex antennas
must also address the wide range
of deployment requirements
called for by a densified network
of urban-based microcells.
This primer has presented some
recent advances in phased-array
antenna simulation and design
capabilities within NI AWR
Design Environment platform
that will help design teams develop
next-generation MIMO and
beam-steering antennas for 5G.
Try AWR
Try NI AWR Design Environment
today and see for yourself
how easy and effective
it is to streamline your design
process, improve end product
performance, and accelerate
time to market for MMICs,
RFICs, RF PCBs, microwave
modules, antennas, communication
systems, radar systems,
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65

RF & Wireless
Distributed Antenna System (DAS) for IoT, Cellular and
other Wireless Applications
The Internet of Things
(IoT) has continued
to grow at a rapid
rate in recent years.
With the connectivity
of cellular devices,
computers, vehicles,
buildings, sensors, and
more electronics, it’s
more important than
ever that these devices
are able to connect,
communicate and meet
the needs that users
covet.
Typical office setting for a DAS application
Quelle:
Application Note #78
Distributed Antenna System
(DAS) for IoT, Cellular and
other Wireless Applications
The wireless connectivity for
the IoT will use many network
access technologies, including
Global System for Mobile
(GSM), cellular Long Term Evolution
(LTE), 4G and the much
anticipated revolutionary 5G to
name a few. There are plenty
of other wireless protocols and
air interfaces available for supporting
IoT applications (WiFi,
Bluetooth, LoRa, ZigBee, and
Z-Wave, to name a few), but it’s
clear the landscape is changing
and IoT devices will take advantage
of the protocals offering the
greatest data throughput.
Distributed Antenna Systems
(DAS) provide strong and reliable
wireless connectivity in
location where connectivity is
a problem with standard wireless
routers or cellular connectivity,
such as: inside multistory
buildings, outside industrial settings,
and subterranean environments.
DAS in conjunction
with (LTE/4G/5G) based IoT
services will continue to grow
in coming years.
Why DAS?
While some of the IoT applications
will be outdoors (connected
cars and trucks or street
lighting infrastructure, for example),
most IoT applications
will be within buildings. Industrial
control, point of sale, asset
tracking, medical, environmental
monitoring, security, smart
lighting, and other applications
will require strong in-building
wireless connectivity or signals.
Ideally, the wireless network
solution should deliver seamless
blanket coverage throughout
the building so as not to restrict
where IoT sensors can be placed.
However, in reality, this blanket
coverage can be difficult to
achieve with simple wireless
routers. DAS is particularly
helpful in providing the needed
wireless coverage. Access
to wireless IoT communication
not only aids the public, but is
also mandatory for law enforcement,
emergency medical, and
fire services. As realization of
the importance of DAS for IoT
applications became apparent,
so has backing from local and
federal governments through
proposed rulemaking.
Furthermore, DAS should
support multiple frequencies,
because mobile operators use
700 MHz, 1900 MHz, and AWS
frequencies for LTE, among
other frequencies. The solution
should also support complex
modulations such as time division
duplexing (TDD) as well
as frequency division duplexing
(FDD) because mobile operators
will use both technologies
in their networks.
DAS also offers single-zone
wireless coverage in a building:
AR RF/Microwave
Instrumentations
info@arworld.us
www.arworld.us
Figure 1: Block diagram of an Active DAS System
66 hf-praxis 4/2019

RF & Wireless
Figure 2: Block diagram of a Passive DAS System
unlike small cells, it isn’t subject
to inter-cell interference
and handoffs from one coverage
area to another as devices move
through a building. In addition,
DAS infrastructure natively supports
multiple wireless frequencies.
Finally, some DAS support
both TDD and FDD transmission
schemes, whereas today’s small
cells do not.
What to look for when
selecting a DAS?
There are many DAS solutions
on the market. The main components
of any DAS are the
selected amplifiers and antennas.
These amplifiers and antennas
must offer a wide operating
frequency range, and good
linear RF performance to cover
WiFi and all cellular and wireless
services. In addition, these
amplifiers and antennas must
be unobtrusive, easy to install
and maintain, durable, and high
quality.
DAS systems can be separated
into three categories:
Active DAS: When there is a
huge demand from users or IoT
based systems to access cellular
coverage or WiFi, the active
DAS system will help increase
capacity and reduce the load
from the macro network.
When additional capacity is needed,
like in a football stadium or
airport, an active DAS system is
typically used. A state of the art
active system can cover virtually
any size of building and up to
any capacity. Some of the most
ambitious, active DAS systems
have been designed to cope with
the load of over 70,000 Super
bowl attendees or the 2.47 million
sq. ft. of coverage.
Active DAS systems often use
fiber optic cable to distribute
the signal between a centralized
signal source and “remote
nodes” placed around a building.
The signal source is typically
a “head-end” that combines
signals from multiple carriers,
which each need to provide
their own signal source to the
system, typically via their own
fiber backhaul.
The block diagram and elements
of an active DAS system are
shown in Figure 1:
Passive DAS: Passive DAS
systems typically use passive
components like coaxial cable,
splitters, and duplexers to distribute
signal, and unlike active
DAS, they use bi-directional
amplifiers to rebroadcast the
signal from the macro cellular
network using a donor signal
on the building roof.
There are limitations to the
reach of passive DAS solutions.
Because they use coax cable to
distribute signal, signal loss is
higher than with active DAS.
The further away the antennas
are from the amplifier, the higher
the signal loss. The signal
loss generally results in lower
downlink output power.
These restrictions mean that the
maximum coverage area for a
passive DAS system is typically
around 500,000 sq ft. But
the advantages of passive DAS
systems are considerable. In particular,
they are considerably less
costly than active DAS.
The block diagram and elements
of a passive DAS system are
shown in Figure 2.
Hybrid DAS: A hybrid system
works a lot like an active DAS
system. Hybrid DAS uses some
fiber for backbone distribution of
signal, and relies on passive coaxial
cable for much of the remaining
signal distribution. Hybrid
systems can be a good solution
for medium-sized spaces, or
unusual signal problems. Multiple
passive systems can also be
linked by fiber cable to a remote
amplifier unit.
The block diagram and elements
of a Hybrid DAS system are
shown in Figure 3.
The Solution
To meet these demands – to
boost cellular network coverage
and add capacity to reduce load
from the macro network, AR
rf/microwave instrumentation
(ARI) and SunAR RF Motion
have developed a series of
broadband solid-state amplifiers
and antennas to address
DAS requirements. More specifically,
SunAR DAS antennas are
more directional than standard
DAS antennas, allowing them
to excel in applications requiring
directivity, such as airport
terminals, subway tunnels, hotel
hallways, or directed at crowds
at a sports venue.
In addition, ARI amplifiers
and antennas are broadband,
allowing them to cover a larger
number of communication
bands, potentially reducing the
number of deployed DAS antennas
in a system, versus standard
narrowband DAS antennas. The
SunAR DAS antennas’ innovative
design and manufacturing
techniques result in long-lasting
strength, excellent performance,
and provide an aesthetic appearance.
These antennas can be
used in large, small, passive,
active, and hybrid systems.
SunAR offers four antenna
models for DAS solutions.
Model LP425R is a directional
antenna designed for transmitting
and receiving wireless
communications signals. The
broadband characteristics of the
log-periodic structure enable it
to operate over a very wide frequency
range with constant gain.
This DAS antenna outperforms
many antennas in this class and is
designed for more rugged environments.
Figure 4 is an image
of the LP425R.
Figure 4: LP425R 400 MHz – 3 GHz
Model’s LP425PCB, LP 6530
PCB, and LP6560PCB are
low-profile directional antennas
designed for transmitting
and receiving wireless commu-
Figure 3: Block diagram of a Hybrid DAS System
hf-praxis 4/2019 67

RF & Wireless
Table 1: SunAR’s DAS antenna list * optional connectors include 7/16 DIN and 4.3-10
ping increase the coverage
throughout areas hindering RF
signal strength, or over use of
available bandwigth. Figure 7, is
just one example of a DAS solution
in an office building setting.
Table 2: ARI RF amplifiers for DAS application
package with two RF connectors.
This design provides polarization
diversity in a MIMO environment.
This configuration results
in greater throughput than a single
antenna.
Conclusion:
The rapid growth in connected
devices (IoT) promises lucrative
business opportunities. In
places where traditional distribution
services cannot provide
the required signal strength,
DAS can be used. By deploying
a robust and economical DAS
system, governments or businesses
can ensure robust support
for IoT within their facilities and
be positioned to deliver critical
wireless services now and in the
future. The amplifiers and antennas
described in this application
note meet these demanding
requirements, and more.
Figure 5:
LP425PCB
LP6530PCB
LP6560PCB
400 MHz – 3 GHz
650 MHz – 3 GHz
650 MHz – 6 GHz
nications signals. These antennas
are etched onto a low-loss
microwave substrate material
and mounted in a weather resistant
housing that is only 1/2“
inch thick. Like the LP425R, the
broadband characteristics of the
enclosed antenna structures enable
it to operate over a very wide
frequency range with constant
gain. There are four mounting
holes for installation onto any
flat, non-conductive surface,
such as an office wall or ceiling.
Figure 5 shows the LP425PCB,
LP6530PCB, and LP6560PCB.
The MIMO (multiple input, multiple
output) antenna, shown in
Figure 6, is actually a set of two
broadband directional antennas,
cross-polarized, in a single
Figure 6: LP6530PCB-MIMO
650 MHz – 3 GHz
Each antenna is innovative
and uses manufacturing techniques
that result in long-lasting
strength and performance. Specifications
for each DAS model
are shown in Table 1.
ARI offers Class A solid-state,
linear, robust and versatile
broadband RF amplifiers, see
Table 2. These high performing
RF amplifiers allow DAS
systems to cover a large number
of communication bands, hel-
AR’s wide array of amplifiers
and antennas help you select
the right system for your application.
These amplifiers and
antennas are designed using
quality processes and components
that are reliable, consistent
performance from unit to unit,
and allow for easy installations
in a wide variety of situations,
both indoor and out.
Using ARI DAS solutions will
enable you to achieve your goals.
To learn more about ARI DAS
solution, visit our website at
www.arworld.us. ◄
68 hf-praxis 4/2019

RF & Wireless
BER Test Functions for more efficient
Verification of 400GbE Transceivers and DSP
Anritsu Corporation
www.anritsu.com
Anritsu Corporation enhanced
its Signal Quality Analyzer-R
MP1900A BERT with the introduction
of four PAM4 BERT
options adding multichannel
synchronization, multilane FEC
pattern generation for 400GbE,
Inter Symbol Interference (ISI)
stressed signal generation to
simulate transmission path
losses, and application software
for capturing device under test
(DUT) error counts.
The new options allow engineers
to more accurately and efficiently
evaluate the bit error rate
(BER) of 400GbE transceivers
and devices, as well as DSP used
by high-speed interfaces in data
centres to reduce development
time and speed time-to-market.
The new test functions
for the PAM4 pulse pattern generator
(PPG) in the MP1900A
provide engineers with a singleinstrument
solution for current
standards, as well as emerging
technologies. With the options
installed, the PPG supports
required 400GbE transceiver
PHY layer FEC tests, as well as
QSFP-DD, and OSFP, making
it well-suited to verify newly
designed transceivers supporting
multilane technologies for
PAM4 signal transmissions. It
can conduct legacy jitter tolerance
and input sensitivity measurements,
as well as key tests
on the impact of crosstalk due
to use of multiple channels and
error correction.
To assure interconnectivit between
interfaces defined by the
400GbE standards, the PAM4
PPG now has a built-in function
for simulating signals after
transmission through a PC board.
This new capability, which eliminates
the need to prototype
multiple PC boards to test transmission
path losses, as well as
the ISI function allow for more
efficient testing. A built-in function
for communicating with the
DUT IC error-check function
has also been integrated into the
MP1900A. The added capability
simplifies jitter tolerance measurements
during early-stage
development of high-speed
devices.
The hardware options complement
the Error Counts Import
function of the MP1900A application
software that allows the
DUT built-in error-check function
measurement results to
be displayed on the MP1900A
screen. It simplifies IC error
measurements and creates a jitter
tolerance measurement system
for efficient BER tests during IC
development. ◄
Frontend for universal 5G Deployments
Skyworks Solutions, Inc.
introduced Sky5 LiTE - the
industry’s first fully integrated
frontend solution for mass tier
5G cellular applications. With
improved RF performance in
a uniquely compact package,
Skyworks’ newest device simplifies
designs, enabling faster
deployment. The baseband
agnostic platform supports up
to 100 MHz wide bandwidth of
5G new radio (NR) waveforms
with flexible power management
options - delivering highspeed
network experiences
with optimized efficiency and
near zero latency. Targeted for
mass markets, Sky5 LiTE interfaces
with all leading chipset
providers and equips early 5G
adopters with differentiated
architectures for an open ecosystem
– the favored approach
when compared with closed,
sole-sourced RF front-end products.
With the recent introduction
of Sky5 Ultra for premium
applications, Skyworks offers
the most comprehensive 5G
portfolio in the market.
All Sky5 solutions support new
5G NR waveforms and spectrum
in addition to enhanced
carrier aggregation and 4G/5G
dual connectivity, while delivering
exceptional levels of
integration and performance.
For more information visit
www.skyworksinc.com/Products_Sky5
or contact Sky5@
skyworksinc.com.
■ Skyworks Solutions, Inc.
www.skyworksinc.com
hf-praxis 4/2019 69

RF & Wireless
Matching Network for GaN HEMT Power Amplifier
Figure 1: Load-pull contours for the PA.
The challenge was
to design a power
amplifier (PA)
matching network for
the unmatched Cree
gallium nitride (GaN)
high electron mobility
transistor (HEMT)
CGH40025F.
National Instruments
www.ni.com/awr
The design goals for the PA were
to 1) create an amplifier circuit
that provides 25 W output power
from 1.9 to 2.1 GHz for 28 V
operation, 2) reach high poweradded
efficiency (PAE), and 3)
suppress harmonics as much as
possible.
High power and high efficiency
are key requirements for all
power amplifiers, and, in addition,
harmonic suppression was
required in this design in terms
of second and third harmonics,
which increases network efficiency.
The network needed to
be unconditionally stable for all
passive source and load impedances.
To achieve these goals,
load-pull analysis was required
to understand the transistor’s
impedances at the input and
output ports. Load-pull analysis
was also used to construct a
set of contours on a Smith chart,
which determines the maximum
output power and efficiency.
Company
Solution
Meteksan Defence designers
choose the NI AWR Design
Environment platform, specifically
the powerful load-pull
analysis capabilities within
Microwave Office circuit design
software. The software offers a
load-pull script and the needed
simulation components such
as the harmonic balance tuner
(HB Tuner).
Using the load-pull template
in the software, the designers
obtained the load-pull contours
for the transistor. At the
beginning of the design, it was
beneficial to use the harmonic
balance engine to obtain the output
power and PAE information
for the transistor impedance at
the load port. Figure 1 shows the
load-pull contours for PAE and
output power.
Next, the designers explored the
stability factor of the amplifier
circuit. To ensure an unconditionally-stable
circuit, they added a
series-RC circuit using the capacitor
model from the NI AWR
model library.
After that, the load-pull analysis
was run again to optimize
the output power, harmonic
suppression, and PAE (Figure
2). In this step, the second and
third harmonic impedances were
optimized with the HBTUNER,
which provided the necessary
suppression.
The final results were 25 W
of output power with 50 percent
PAE and 35 dB of harmo-
Meteksan Defence, where the design was done, is the one of
the leading defense companies in Turkey. It has prioritized
university-industry cooperation, especially with Bilkent University,
and aims to become a long-term advanced technology
products solution partner of the Turkish Armed Forces.
Meteksan Defence’s mission is to develop the most creative
and innovative solutions for customers in the fields of advanced
design and production technologies, while taking advantage
of academic infrastructure and making the company’s
resources available for Bilkent University.
70 hf-praxis 4/2019

RF & Wireless
Figure 2 a: The K factor with and without the stability circuit.
Figure 3 a: Measurement and simulation results
Figure 2 b: Input power vs. gain, output power, and PAE
Figure 2 c: Harmonic-power levels
Figure 3 b: Measurement and simulation results
nic compression. Measurement
results showed the amplifier
circuit provided good correlation
with NI AWR software
simulation in terms of smallsignal
parameters, and 25 W
was obtained from the output
of the amplifier. Figure 3 shows
the simulation and measurement
results.
Conclusion
Meteksan Defence engineers
successfully designed a PA matching
network for a Cree GaN
HEMT device using the powerful
load-pull analysis and harmonic
balance features within
Microwave Office software. The
designers found the software’s
ease of use, simulation speed,
and availability of models especially
useful.
Special thanks to Mister D. Eser,
Electromagnetic Design Engineer,
Meteksan Defence, for
his contributions to this success
story. ◄
hf-praxis 4/2019 71

RF & Wireless
5G Tester contributes
to verify the advanced
Technologies of 5G
Modem
Anritsu announced MediaTek‘s Helio
M70 5G modem has achieved the maximum
downlink and uplink throughput
using Anritsu’s Radio Communication
Test Station MT8000A, providing a flexible
test platform for ultrafast, largecapacity
5G communications using
wideband signal processing and beamforming.
With its cutting-edge NSA and
SA modes, the all-in-one MT8000A
supports sub-6 GHz and mmWave RF
tests as well as protocol tests for development
of advanced 5G technologies,
such as 4x4 MIMO, to increase data
speeds in the sub 6 GHz band.
MediaTek announces the Helio M70 is
the only 5G modem with both LTE and
5G dual connectivity (EN-DC), supporting
every cellular generation from 2G
to 5G. Designed for 3GPP Release 15
compliance and supporting initial nonstandalone
(NSA) and future standalone
(SA) 5G network architectures, the
Helio M70 can connect to 5G NR and
4G LTE bands worldwide while supporting
High Power User Equipment
(HPUE) and other key carrier features.
MediaTek’s Helio M70 is among the
industry’s first wave of 5G multi-mode
integrated baseband chipsets. With its
multi-mode solution, the Helio M70
simplifies the design of 5G devices
with a comprehensive power management
plan, enabling companies to
design mobile devices with a smaller
form factor, improved energy efficiency
and sleek appearance. The Helio
M70 baseband chipset is available now,
and is expected to ship in the second
half of 2019.
■ Anritsu Corporation
www.anritsu.com
Universal Differential Fanout
Buffer
RFMW, Ltd. announced design and sales
support for a fully integrated signal fanout
buffer from Integrated Device Technology,
Inc. (IDT). The 8T79S308 is designed for
distribution and fanout of high-frequency
clocks or low-frequency synchronization
signals in either baseband or RF sections of
wireless infrastructure radios. The 8T79S308
is optimized to deliver very low phase noise
clocks and precise, low-skew outputs, low
device-to-device skew characteristics and
fast output rise/fall times which help the
system design achieve deterministic clock
phase relationship across devices. Featuring
a low phase noise floor of -160 dBc/
Hz (156.256 MHz clock), flexible input
selection offers 1:8 fanout modes or dual
1:4 buffer fanout modes. The supported
clock frequency range is 0 to 3 GHz and
various core and output supply voltages
are accommodated. Available in a 6 x 6 mm
SMT package.
■ RFMW, Ltd.
info@rfmw.com
www.rfmw.com
Energy Efficient FEM
RFMW, Ltd. announces design and sales
support for a 2.4 GHz front end module
(FEM). The Qorvo QPF4228 integrates a 2.4
GHz power amplifier (PA), regulator, single
pole three throw switch (SP3T), low noise
amplifier (LNA), coupler and power detector
with optional DC voltage or RF signal output.
Designed for 802.11n-ax access points
and wireless routers, the QPF4228 offers 33
dB of Tx gain and 15 dB of Rx gain with
LNA noise figure of 2.2 dB. Energy efficient,
the module boasts 13 dBm power output at
-47 dB DEVM with a power dissipation of

RF & Wireless
a given application requirement. The device
can cover 2300 to 2700 MHz with a single
set of external components with gain: 20.5
dB, OP1dB: 20 dBm, NF: 0.4 dB at 2300
MHz with bias at 5 V and 70 mA. Flexible
biasing can accommodate V dd from 2.7 to
5 V and I ddq from 20 to 100 mA.
■ Guerrilla RF, Inc.
www.guerrilla-rf.com
time of

RF & Wireless
Fully-featured SoC Supporting
Bluetooth 5.1
Bluetooth and Wi-Fi
Connectivity Software
u-blox has announced that it is expanding
its connectivity software offering.
In addition to the established uconnect-
Xpress, previously known as u-blox
connectivity software, the offering
now also includes u-connectScript. The
extended software series differentiates
the company’s offering by further simplifying
wireless Bluetooth and WiFi
device development, enabling embedded
script applications in the module
while reducing complexity and cutting
time to market.
u-connectXpress, the first pillar of the
uconnect series for more than 15 years,
has grown into the most extensive software
tool for integrating WiFi and Bluetooth
connectivity into devices. Comprising
over 130 standard and u-bloxspecific
AT commands, uconnectXpress
lets developers configure device connectivity
without having to write and
test complex code.
uconnectScript, the second pillar of
the uconnect series, is the new offering
aimed at further speeding up embedded
device development. It is based on the
JavaScript programming language,
widely adopted and with a short learning
curve. uconnectScript uses simple
syntax to allow device developers to
quickly embed Bluetooth applications
right onto the module without requiring
extensive experience in embedded
systems programming. Developers write
their applications using u-blox’ integrated
development environment (IDE) or
any other text editor of their choice.
■ u-blox AG
info@u-blox.com
www.u-blox.com
Nordic Semiconductor announces the introduction
of the nRF52811 System-on-Chip
(SoC), a fully-featured connectivity solution
that supports Bluetooth® 5.1 Direction
Finding and a range of popular low
power wireless protocols for applications
such as gateways for smart home and industry
products. The SoC expands Nordic’s
highly popular nRF52 Series platform by
adding a device that combines the low cost
of Nordic’s baseline nRF52810 SoC with
the multiprotocol support of Nordic’s midrange
nRF52832 and advanced nRF52840
SoCs. The nRF52811 is also the first product
in the Nordic low power wireless range to
support Bluetooth 5.1, which adds Direction
Finding to the high throughput, long
range, and enhanced coexistence capabilities
of Bluetooth 5.
The Nordic nRF52811 SoC includes a multiprotocol
2.4 GHz radio (featuring 4 dBm
output power with -97 dBm sensitivity (at
1 Mbps in Bluetooth 5 mode)), 64 MHz,
32-bit Arm Cortex M4 processor, and 192
kB Flash and 24 kB RAM memory. The
nRF52811 SoC also includes a wide range
of analog and digital interfaces.
The nRF52811 SoC is an ideal connectivity
chip for applications that feature a companion
microprocessor. Examples include
home and industry gateways that demand
low power wireless support for Bluetooth 5,
Thread, and Zigbee smart applications such
as those used with smart light networks,
HVAC, and security systems. The SoC is also
a good choice for cost-constrained Bluetooth
beacon applications requiring Bluetooth 5
technology’s extended range or employed
as part of a Direction Finding system.
The nRF52811 SoC’s Bluetooth 5.1 Direction
Finding enables positioning solutions
to not only rely just on received signal
strength indicator (RSSI), but also the actual
direction of a signal. This improves accuracy
significantly and opens up new applications.
There are two types of methods
for determining direction, angle of arrival
(AoA), where the direction of the received
signal is calculated, and angle of departure
(AoD), where the direction of the transmitted
signal is calculated. Direction finding
can operate in either two or three dimensions
depending on the selected design complexity
and antenna array. The nRF52811
SoC is the ideal choice as a transceiver for
both the AoA or AoD scenarios. Bluetooth
5.1 hardware functionality is built-in to the
nRF52811 SoC.
The nRF52811 SoC will be produced in a
6 x 6 mm QFN48 package with 32 GPIOs,
a 5 x 5 mm QFN32 with 17 GPIOs, and a
2.5 x 2.5 mm wafer level CSP32 with 15
GPIOs. All packages are compatible with
those of the nRF52810 SoC enabling reuse
of the same PCB layout.
■ Nordic Semiconductor ASA
www.nordicsemi.com
Low-PIM Coaxial Cables
Fairview Microwave, Inc. has released a new
series of low-PIM coaxial cable assemblies
in standard and custom lengths that are ideal
for distributed antenna systems (DAS) and
are available with same-day delivery. The
over 100+ standard configurations that make
up Fairview Microwave’s new line of low-
PIM coaxial cable assemblies deliver PIM
levels of less than -160 dBc. These highquality
cables provide excellent SWR and
low insertion loss. They are 100% PIM and
RF tested with the PIM results marked on
the cables. These cables are constructed of
flexible, lightweight UL910 plenum-rated
74 hf-praxis 4/2019

RF & Wireless
SPP-250-LLPL RF coaxial cable which can
operate in temperatures from -55 to +125
°C. They are offered with 4.3-10, 7/16 DIN,
4.1/9.5 mini-DIN, Type-N, SMA and QMA,
many with right-angle connector options.
■ Fairview Microwave, Inc.
www.fairviewmicrowave.com
Skew Matched Cable Pairs
GHz. At 3.5 GHz, the amplifier typically
provides 22.8 dB gain, +32 dBm OIP3 at
a 50 mA bias setting, and 0.54 dB noise
figure. The LNA can be biased from a single
positive supply ranging from 3.3 to 5 V.
Bias adjustable for linearity optimization,
the QPL9057 supports Macro BTS, TDD/
FDD systems, Repeaters and DAS. Housed
in a 2 x 2 mm package.
■ RFMW, Ltd.
info@rfmw.com
www.rfmw.com
Pivotal Commware
Selects Macom as Key RF
Component Supplier
Fairview Microwave, Inc. has expanded its
line of skew matched cable pairs to include
40 GHz and 67 GHz versions that are ideal
for the development of high-data-rate digital
systems. The extended line of skew matched
cables consists of seven models, three original
and four new, available in 40 and 67
GHz versions. These delay matched cables
are offered with 2.92 or 1.85 mm connectors
and polarity indicators for matched
cable ends. Performance specs include an
impressive SWR of 1.4 and delay match as
low as 1 ps. These extremely flexible cable
pair models are 100% tested for skew match
and available for same-day shipping.
■ Fairview Microwave, Inc.
www.fairviewmicrowave.com
Ultra Low-Noise Amplifier
offers Flat Gain
RFMW, Ltd. announces design and sales
support for an ultra low-noise amplifier with
flat gain. With an operational bandwidth
of 600 to 4200 MHz, the Qorvo QPL9057
provides a gain flatness of 2.4 dB (peak-topeak)
over a wide bandwidth of 1.5 to 3.8
Pivotal Commware, Inc., inventor of Holographic
Beam Forming technology, and
Macom, a leading supplier of high performance
compound semiconductor products,
announced the integration of Macom’s
mmWave products manufactured with
Macom’s unique GaAs and AlGaAs process
technology, inside Pivotal’s Echo 5G
product line designed for delivering superior
broadband experiences to more subscribers
at less cost.
The window-mounted, self-installable Echo
5G Subscriber product, for example, will
overcome the biggest obstacle to fixed 5G
wireless access at millimeter waves – inbuilding
penetration of Gigabit speed broadband
to homes and businesses. Holographic
Beam Forming allows Echo 5G to penetrate
Low-E glass coatings and multiple panes of
glass using very little power, which drives
its low weight and size profile on the window.
Macom’s mmWave technology leverages
and extends these capabilities.
5G at mmWave frequencies has catalyzed
an explosion in demand for coverage and
throughput of broadband wireless access
with speeds in excess of 1 Gigabit/second. In
order to meet the demand for time to market,
cost and performance, it is imperative that
RF device providers work intimately with
system architects to arrive at the optimum
solution for the end applications.
■ Macom
www.macom.com
SMD Oven-Controlled
Crystal Oscillators
Euroquartz has launched a new range
of surface mount miniature oven-controlled
crystal oscillators (OCXO) offering
the best frequency stability from a
quartz IT cut crystal. The OC51T series
offers frequencies from 10 to 40 MHz
in a 9.7 x 7.5 x 4.1 mm miniature SMD
4-pad package with 3.3 and 5 V supply
voltage options. With voltage control
as standard, OC51T OCXOs deliver
frequency stability of ±20ppb (parts
per billion) maximum making them
ideal for use in applications requiring
exceptionally accurate timing signals
including radio transmitters, cellular
base stations, military communications
equipment and for precision frequency
measurement.
Frequency stability versus temperature
is ±10ppb over -30 to +70 °C and
±20ppb over -40 to +85 °C. Against
voltage change, stability is ±10ppb for
a ±5% input voltage change. Warm up
time of 5 minutes maximum results in
frequency output within ±0.1ppm of
reference frequency while frequency
stability against ageing is ±3ppb maximum
after 30 days, ±600ppb maximum
first year and ±3ppm maximum over
ten years. Voltage control specifications
allow greater than ±5% reference
to nominal frequency at 25 °C and over
operating temperature range. Control
voltage range is +1.65 V, ±1.65 V.
■ Euroquartz, Ltd.
sales@euroquartz.co.uk
www.euroquartz.co.uk
hf-praxis 4/2019 75

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RF & Wireless
Record-Breaking Ringamp ADCs
Imec presents a compact, highly linear 3.2 gigasample-per-second
(GSps) RF-sampling ADC that
uses ring amplification (ringamp). The ADC has a
record low power consumption of 61.3 mW and
supports multiband operation and massive MIMO
implementation – two key features of future 5G
base stations. A second power-efficient ringampbased
ADC – reconfigurable between 6 and 600
Msps – was developed for mobile handsets.
Key performance merits of the 3.2 GSps RFsampling
ADC are its excellent spectral purity in
combination with a record low power consumption
of 61.3 mW – a factor 10 improvement compared
with state-of-the-art-technology. The high
sensitivity and linearity are demonstrated by the
ADC’s Nyquist signal-to-noise-and-distortion
ratio (SNDR) of 61.7 dB and by its spurious free
dynamic range (SFDR) of 73.3 dB. The device is
fabricated in 16 nm CMOS technology and occupies
an active area of only 0.194 mm 2 (360 x 540
µm). With these record-breaking specifications,
two main challenges for future 5G base station
ADCs are addressed.
With current base station radios – typically implemented
with a zero-IF architecture – multiband
operation can only be achieved by implementing
an increasing number of transceivers. This significantly
contributes to the area and power consumption
of the base station. With sampling speeds in
the GHz realm, imec’s new ADC allows the development
of compact radios that combine multiple
bands for cellular infrastructure applications, at
much lower power consumption.
Moreover, the large-scale antenna arrays required
for MIMO operation are implemented by using a
large number of power-hungry discrete transceivers.
Our RF-sampling ADC fabricated in scaled
process technologies, enables massive-MIMO
implementation as a System-on-Chip at much
lower power consumption and significantly reduced
Bill-of-Materials.
At the heart of imec’s RF-sampling ADC is a
ringamp-based pipelined architecture. This new
amplifier topology offers excellent speed and
power efficiency in scaled FinFET technology,
allowing fast and accurate settling of large capacitive
loads over near-maximum voltage swings in
a low supply voltage. It has been combined with
a new event-driven approach to timing control in
the pipelined ADC architectures that allows for
fully dynamic operation of the ADC, where the
active blocks only consume power proportional
to clock speed.
■ Imec, www.imec.be
Sub-mW Radar for Presence
Detection
Imec announced an exceptional radar transceiver
designed as an efficient, low-cost solution for presence
detection in smart building solutions. The
power consumption of the radar is below 1 mW,
which is 100 times lower than other solutions, and
is capable of detecting even micro-movements
from human respiration, up to a distance of 15 m.
This performance makes it a breakthrough solution
for low-cost battery-powered presence-detection
and people counting applications.
Similar as camera, radar can build a picture of
its environment. While cameras are especially
good at 2D images, radar is superior in detecting
movement and distance. Consequently, it is a perfect
fit with human motion and activity detection.
In many circumstances, radar sensors are better
suited than cameras for presence detection, people
tracking or activity classification. That is for
example the case when privacy considerations
are key, such as in office spaces, hotel rooms, or
hospitals. Another advantage is their robustness
to suboptimal light conditions. Different from
camera, radar can robustly detect micro-movements
due to respiration or heartbeat. However,
current commercial radars use too much power,
and often require more expensive semiconductor
technologies. This makes them unsuited for lowcost
and battery-powered operation. Imec’s new
transceiver has been specifically designed with
these requirements in mind.
The new transceiver is compliant with FCC and
ETSI spectral regulations for the UWB frequency
range, limiting the radiation to -41 dBm/MHz.
This energy density is well below the noise floor
of mainstream commercial systems, and therefore,
this radar can safely be used for 24/7 people
presence detection without health concerns.
The power consumption of the transciever IC is
less than 1 mW, at least 100 times less than comparable
state-of-the-art solutions. With that, it is
able to discern movements and vital signs – breathing
and heartbeats – up to 15 m, which is a
record for UWB radars.
■ Imec, www.imec.be
hf-Praxis
ISSN 1614-743X
Fachzeitschrift
für HF- und
Mikrowellentechnik
• Herausgeber und Verlag:
beam-Verlag
Krummbogen 14
35039 Marburg
Tel.: 06421/9614-0
Fax: 06421/9614-23
info@beam-verlag.de
www.beam-verlag.de
• Redaktion:
Dipl.-Ing. Reinhard Birchel
Ing. Frank Sichla (FS)
redaktion@beam-verlag.de
• Anzeigen:
Myrjam Weide
Tel.: +49-6421/9614-16
m.weide@beam-verlag.de
• Erscheinungsweise:
monatlich
• Satz und Reproduktionen:
beam-Verlag
• Druck & Auslieferung:
Brühlsche
Universitätsdruckerei
Der beam-Verlag übernimmt
trotz sorgsamer Prüfung der
Texte durch die Redaktion
keine Haftung für deren
inhaltliche Richtigkeit. Alle
Angaben im Einkaufsführer
beruhen auf Kundenangaben!
Handels- und Gebrauchsnamen,
sowie
Warenbezeichnungen
und dergleichen werden
in der Zeitschrift ohne
Kennzeichnungen verwendet.
Dies berechtigt nicht
zu der Annahme, dass
diese Namen im Sinne
der Warenzeichen- und
Markenschutzgesetzgebung
als frei zu betrachten sind
und von jedermann ohne
Kennzeichnung verwendet
werden dürfen.
78 hf-praxis 4/2019

Weitere Informationen erhalten Sie über –>
HEILBRONN
HAMBURG
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