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11-2022

Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

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November 11/2022 Jahrgang 26

HF- und

Mikrowellentechnik

Messen, analysieren, verbessern

… und von vorn

Siglent, Seite 6

Measure, Analyze, Improve

...and repeat

Siglent, page 66


DC TO mmWAVE

Every Block

Covered

Components for the Entire Signal Chain

The Industry’s Broadest Portfolio of Technologies

• MMIC – Active (pHEMT, HBT) & Passive (IPD)

• LTCC up to mmWave

• Solid State Power Amplifiers for ISM RF

& Microwave Energy

• 9 Different Filter Technologies

• Core & Wire

• Waveguides

DISTRIBUTORS


Editorial

Mit kühlem Kopf durch

turbulente Zeiten

Technische Beratung und Distribution

RTP5000 -

USB Leistungsmessung

in Echtzeit für 5G

Die Elektronikbranche steckt seit Monaten in gewaltigen

Turbulenzen. Die Gründe sind vielfältig, sie alle aufzuzählen, würde

den Umfang sprengen. Es zählt das Jetzt, wie geht es weiter und für

viele, wie kommen sie über die Runden?

Wer in Anbetracht dieser Situation noch ruhig bleiben kann,

muss schonungslos optimistisch sein oder sich eine gute Strategie

ausgearbeitet haben, um die nächsten Monate, im schlimmsten Fall

Jahre, unbeschadet überstehen zu können. Vor immer schwieriger

werdenden Zeiten stehen diejenigen, die an eine schnelle Besserung

der Situation glaubten oder an alten Verhaltensmustern festhielten.

Allerdings gibt es nicht nur negative Aspekte: Ganz positiv

gesehen, sorgt der globale Digitalisierungstrend für eine

beispiellos wachsende und nicht vorhergesehene Nachfrage

nach elektronischen Komponenten. Insbesondere in der

Automobilindustrie, der Elektromobilität oder für den Ausbau der

5G-Infrastruktur werden mehr und mehr Komponenten benötigt.

Auch die notwendige Ausstattung der zahlreichen Homeoffice-

Arbeitsplätze zu Coronazeiten und ein erhöhter Bedarf an

Unterhaltungselektronik, haben für einen globalen Nachfrage-

Boom gesorgt. Die Prognosen sahen ursprünglich ganz anders aus.

Um in diesen kuriosen Zeiten sicher durch die Krise zu kommen,

heißt es für den Anwender mehr denn je, frühzeitig und

vorausschauend zu planen und Trends zu erkennen. Es gilt,

Bedarfe für laufende Projekte so früh und vor allem so weit

im Voraus wie möglich zu kalkulieren bzw. zu disponieren.

Anders können wertvolle Produktionskapazitäten und, noch

wichtiger, die benötigten Rohmaterialien nicht gesichert werden

und mögliche Materialengpässe sowie, im schlimmsten Falle,

Produktionsstillstände, nicht mehr vermieden werden.

Zukünftig gilt es, beim Ausarbeiten globaler Lieferketten

unvorhersehbare Ereignisse – wie wir sie seit Monaten immer

wieder erleben – genauso zu berücksichtigen, wie die allseits

gefürchtete Obsoleszenz oder Allokation von elektronischen

Bauteilen. Um Produktion und Lieferungen sicherer zu machen,

muss mehr Sorgfalt schon auf den Aufbau breit aufgestellter

Lieferantennetzwerke und die Auswahl zuverlässiger

Handelspartner und Bezugsquellen gelegt werden.

Lieferketten müssen solide, durchdacht und krisensicher aufgebaut

werden und nicht nur nach ihrem Einsparpotenzial bewertet

werden. Dabei ist es unabdingbar, so früh wie möglich mindestens

eine „Second Source“ für ein Bauteil zu testen und freizugeben. Im

Ernstfall kann dann bestenfalls auf eine oder mehrere unabhängig

voneinander agierende und lokal voneinander getrennte, also

„echte“ Second Sources, zurückgegriffen und ein möglicher

Bandstillstand verhindert werden.

Christian Dunger

Christian Dunger

Vorstandsvorsitzender WDI AG

• 195MHz Videobandbreite mit 3ns Anstiegszeit

• 100.000 Messvorgänge / Sekunde

• Crest Faktor, CCDF und statistische Messung

• Effektive Abtastrate 10GS/s

RF-over-Fiber Lösungen vs

Coax für 5G Testing

• Quasi verlustfreie Übertragung,

störungsunempfindlich

• Hervorragende Gainflatness

und Phasenrauschen

• Bandbreiten bis 40GHz

Nordwest

ICM

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Mesh-Network

Testsysteme für IOT

• Simulation realer Mesh Netzwerke in der

Produktionsumgebung

• Unabhängig steuerbare Kanaldämpfungen bis 120dB

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hf-praxis 11/2022 3


Inhalt 11/2022

November 11/2022 Jahrgang 26

Die ganze Bandbreite

der HF-und MW-Technik

Soluons Soluons for 5G & mmWave Applicaons

Applicaons

Direconal Couplers:

• 1 .0 - 50.0 GHz / 1.0 - 65.0 GHz /

2.0 - 46.0 GHz Frequency

• 13 dB Coupling

• 2.4 mm / 1.85 mm

Female Connectors

Messen, analysieren, verbessern

… und von vorn

Measure, Analyze, Improve

...and repeat

Siglent, page 66

HF- und

Mikrowellentechnik

Siglent, Seite 6

Zum Titelbild:

Messen, analysieren,

verbessern und dann das

Ganze von vorn!

Die Funkkommunikation

ist möglicherweise der

größte Wachstumsmarkt. Im

„Mobile Economy Report“

der GSMA Intelligence

werden die Mobilfunknetze

als entscheidender Faktor

gesehen. 6

Fachartikel in dieser Ausgabe

Power Dividers

• 1.0 - 40.0 GHz /

3.0 - 45.0 GHz Frequency

• MLDD

• 2.4 mm / K Female

Connectors

3 dB 90° Hybrid Couplers

• 4.0 - 44.0 GHz /

10.0 - 40.0 GHz Frequency

• 3 db Coupling

• 2.4 mm / K Female

Connectors

3 dB 180° Hybrid Couplers

• 10.0 - 40.0 GHz Frequency

• 3 db Coupling

• 2.4 mm / K Female Connectors

Components for Passive Beamforming

• Form-Fit-Funcon rm-Fit-Funcon Designs

• Custom Designs

• Ultra-Broadband

• Network Soluons

Rubriken:

3 Editorial

4 Inhalt

6 Titelstory

10 Aktuelles

14 Schwerpunkt

5G/6G und IoT

42 Messtechnik

54 Antennen

56 Design

59 Software

60 Bauelemente

65 RF & Wireless

TACTRON ELEKTRONIK GmbH & Co. KG

82 Aktuelles/Impressum

Lochhamer Schlag 5 ▪ D-82166 Gräfelfi ng

Tel.: +49 (0)89 89 55 69 0 ▪ Fax: +49 (0)89 89 55 69 29

4 4

hf-praxis 11/2022

www.tactron.de • info@tactron.de

Heterogene Integrationstechnologien für den 6G-Mobilfunk

InP bietet die Grundlage für 6G-Technologie. Die heterogene

Integration ist entscheidend, um InP zur Reife zu bringen und

alle Komponenten in ein Gesamtsystem zu integrieren. 26


International News

JYEBAO

Coverstory:

GaN auf Silizium – das Beste aus zwei Welten

Der Ausbau des 5G-Funknetzes ermöglicht schnellere

Datenübertragungsraten als LTE, stellt jedoch

auch hohe Anforderungen an die Halbleiterkomponenten.

Aus diesem Grund haben sich GaN-SiC-

Halbleiter bei der Herstellung von 5G-Antennen

durchgesetzt. 31

Measure, Analyze, Improve –

and Repeat!

Rund um die Mobilfunkgeneration 6G

Die nächste Generation des Mobilfunks soll enorme

Verbesserungen bei der Bandbreitennutzung, der

Datenübertragung und den Anwendungsmöglichkeiten

mit sich bringen. Es wird erwartet, dass

6G Downloads mit annähernd einem Terabit pro

Sekunde, eine Latenzzeit von einer Mikrosekunde

und unbegrenzte Bandbreite bieten wird. 34

Interview:

Die Zukunft von

O-RAN und 5G

Dr. Greg Henderson,

Senior Vice President,

Automotive,

Communications, and

Aerospace von Analog

Devices, beantwortet

fünf Schlüsselfragen.

Dabei zeigt sich auch,

wie sich O-RAN und

Netzwerk-Disaggregation

auf die Welt der

5G-Kommunikation

auswirken werden. 14

Radio communication in all its forms is

one of, if not the largest growth market.

GSMA Intelligence‘s Mobile Economy

Report sees mobile networks as critical to

economic recovery. 66

Voice Call Aspects in 5G

With 5G deployments in full swing, objective

of this article is to provide some technical

background on how 5G incorporates

voice call functionality. 70

LoRa Cloud enables customers to develop

IoT solutions faster using Cloud-based

services

Where once companies bought their own

servers, cloud computing has changed the

landscape. Customers of cloud computing

providers can avoid the expenses of

physical hardware and innovate based on

their applications and data 74

Neue,

hochflexible

Testkabel

von JYEBAO

• Very Flexible

(PUR jacket)

• Stainless Precision

Connectors used

• Excellent RF

performance

• Extra sturdy connector/

cable connection

(Solder clamp designs)

• Taper Sleeve added

• Intended for lab use/

intensive handling

hf-praxis 11/2022 5

5


Titelstory

Messen, analysieren, verbessern …

und dann das Ganze von vorn!

Autor:

Thomas Rottach

Siglent Technologies Germany

GmbH

www.siglenteu.com

Die Funkkommunikation in allen

Ausprägungen ist möglicherweise

der größte Wachstumsmarkt.

Im „Mobile Economy

Report“ der GSMA Intelligence

werden die Mobilfunknetze als

entscheidender Faktor für die

wirtschaftliche Erholung und

die Verwirklichung der grünen

und digitalen Transformation

für Europa gesehen. Dabei ist

die klassische Kommunikation

per Mobiltelefon nicht der treibende

Bereich. Vielmehr sind

industrielle Anwendungen und

die Vernetzung aller Dinge im

Konsumerbereich (Smart X)

die größten Entwicklungsfelder.

Nicht immer werden hohe

Datenraten benötigt, aber auch

kleine Datenraten, multipliziert

mit einer riesigen Anzahl an

Transceivern, führen zu einer

großen Menge an Daten, welche

das Sub-6-GHz-Spektrum

stark auslasten. Kein Wunder

also, dass mehr Bereiche des

Spektrums über 6 GHz auch für

die Mobilkommunikation allokiert

werden.

FR1 von 5G wurde bereits auf

bis zu 7,125 GHz ausgeweitet.

FR2 liegt im Spektrum über 24

GHz. Allerdings ist es aber nicht

so, dass über 6 GHz alle Bänder

frei sind, so dass der Mobilfunk

hier in Konkurrenz mit Anwendungen

der Bereiche Satellitenkommunikation,

Radar und

Militär steht.

Ein Vorteil der Verwendung

höherer Trägerfrequenzen ist,

dass mehr Bandbreite für die

einzelnen Kanäle zur Verfügung

steht. Dies erlaubt höhere

Datenraten für die Übertragung.

Ein Nachteil ist, dass die

Freiraumdämpfung in diesen

Bereichen höher ist und daher

die maximale Entfernung der

Datenübertragung reduziert ist.

Diese Veränderung hat natürlich

einen starken Einfluss auf die

Anforderungen und damit auch

auf die Produktentwicklung.

Für die Entwickler ergeben sich

viele neue Herausforderung im

Bereich des Designs. Zusätzlich

wird auch eine entsprechende

Messtechnik mit größerer Bandbreite

und besseren Spezifikationen

benötigt.

Mit der Einführung der Spektrumanalysator-Serie

SSA5000A

kann Siglent nun auch Anwendungen

bis 26,5 GHz adressieren.

Zeitgleich zum Analysator

wurde auch die HF-Signalgenerator-Serie

SSG5000A,

mit einer maximalen Frequenz

von 20 GHz, vorgestellt. Beide

Geräte, einzeln oder zusammen,

ermöglichen dem Entwicklungsingenieur

die Durchführung

einer Vielzahl von Messungen.

Im Folgenden werden typische

Anwendungsfälle und Messungen

erläutert und dargestellt.

Spektrumanalysatoren werden,

wie der Name es schon vorgibt,

zur Vermessung und Analyse

von Signalen im Frequenzbereich

verwendet. Dabei gibt es

zwei Betrachtungsrichtungen.

Zum einen wird das erzeugte

oder empfangene Signal auf

seine Qualität hin überprüft.

Zum anderen gilt es, sicherzustellen,

dass die Signale keine

anderen Kommunikationskanäle

stören. In einigen Fällen hängen

diese beiden Felder auch eng

zusammen.

Bei der Entwicklung von Kommunikationssystemen

muss eine

Vielzahl von Spezifikationen

eingehalten werden. Als Beispiel

seien Frequency-Division-

Duplex-Systeme (FDD) genannt.

6 hf-praxis 11/2022


Titelstory

Belegte Bandbreite OBW

Kanalleistung (CHP)

Nachbarkanalleistung (ACPR)

Channel Hopping im Spectogram

Hierbei werden Sender und

Empfänger auf unterschiedliche

Frequenzbänder gelegt. Diese

Bänder sind dann wiederum in

einzelne Kanäle aufgeteilt. Die

Kanäle können nach Frequenz

(FDMA), Zeit (TDMA) oder

orthogonale Codes (CDMA)

separiert werden. Die heutigen

Mobilfunksysteme sind Mischformen

davon, daher sind die

folgenden Messungen nur ein

Ausschnitt aus einer Vielzahl.

Muss man die Funktionsweise

verifizieren, hat man einige relativ

einfache Messungen durchführen.

Die Messung der Frequenzgenauigkeit,

d.h. liegt das

modulierte Signal in der Mitte

des Kanals, hilft bei der Sicherstellung,

dass keine Probleme

beim Hochmischen entstanden

sind. Dies kann zum Beispiel

durch temperaturabhängige

Schwankungen von Lokaloszillatoren

entstehen. Zusätzlich

wird auch die Bandbreite des

modulierten Signals bestimmt

(OBW, Occupied Bandwidth).

Hierbei darf das Signal nur

innerhalb der vorgegebenen

Kanalbandbreite liegen, da es

sonst den Nachbarkanal stört.

In diesem Zusammenhang ist

die Bestimmung des Nachbarkanalleistungs-Verhältnisses

(ACPR) eine weitere wichtige

Messung. Eine unsaubere

Spannungsversorgung oder ein

Übersteuern des Frontend-HF-

Verstärkers kann dazu führen,

dass am Nutzsignal „Schultern“

entstehen die dann in den

Nachbarkanälen auftauchen und

später die Kommunikation auf

diesen Kanälen gestört ist. Die

Signalleistung darf den vom

Standard vorgegebenen Pegel

nicht übersteigen. Somit ist

die Messung der Kanalleistung

ebenfalls eine Standardmessung.

In Systemen mit TDMA sind

die Kanäle zeitlich getrennt,

d.h., jeder Kanal darf die volle

Senderbandbreite nutzen, aber

eben nur für eine kurze Zeit.

GSM (2G) war/ist ein Vertreter

dieser Technik. Neben den

oben beschriebenen Messungen

muss hierbei auch das zeitliche

Verhalten untersucht werden,

sodass sichergestellt werden

kann, dass keine Timing-Konflikte

vorhanden sind. Diese

Messungen sind obligatorisch,

und es ist unerheblich, ob diese

im Sub-6-GHz-Band oder auf

24 GHz durchgeführt werden.

Die Spektrumanalysatoren von

Siglent bieten alle diese Messungen

in einem Paket (AMK)

an. Darin enthalten ist ebenfalls

die Möglichkeit, Signale

im Wasserfalldiagramm zu analysieren.

Beim Channel-oder

Frequenzhopping ist diese eine

nützliche Analysemöglichkeit.

Die Bilder zeigen entsprechende

Messungen des SSA5085A bei

10,5 GHz.

Eine detailliertere Analyse zur

Bestimmung der Modulationsqualität

(senderseitig) oder zur

Evaluierung einer Funkübertragungstrecke

ist ebenfalls eine

übliche Aufgabenstellung. Reine

Spektrumanalysatoren können

dies nicht leisten, allerdings bieten

heute die meisten Analysatoren

Zusatzoptionen, welche

digitale oder analoge Modulationen

analysieren können. Spezielle

Signalanalysatoren bieten

ein im Vergleich dazu erweitertes

Analysepaket. Für die Evaluierung

von Sendern oder Übertragungsstrecken

ist in ca. 80% der

Fälle ein Spektrumanalysator

mit Zusatzoption ausreichend.

Ein Bild zeigt die Analyse eines

16QAM-modulierten Signals

bei 10,5 GHz. Die SSA5000A

Serie bietet die oben beschriebene

Optionen. Die einzelnen

Fenster können mit unterschiedlichen

Analysen belegt werden.

Zur Verfügung stehen Konstellationsdiagramme,

Messwerte

wie EVM, Frequenzfehler, etc.

Das Frequenzspektrum und verschiedene

Zeitbereichsansichten

(auch für I und Q separat) sowie

hf-praxis 11/2022 7


Titelstory

Einsatz kommen können. Der

SSG5000A liefert das Lokaloszillatorsignal,

der SSG5000X-V

die I- und Q-Basisbandsignale.

Am Ausgang wird das modulierte,

hochfrequente Signal mit

dem Spektrum-Analysator, wie

oben beschrieben, erfasst und

ausgewertet.

Echtzeitwasserfall zur zeitlichen Auftrittsanalyse

die decodierten Daten können

dargestellt werden.

Stößt man bei den entwicklungsbegleitenden

Messungen auf

Unregelmäßigkeiten, beginnt die

Suche nach der Ursache. Hierbei

kann die Echtzeitdarstellung sehr

hilfreich sein. Die damit zusätzlich

erhaltenen Einblicke helfen

u.a. beim Aufdecken von zeitlich

veränderlichen Störern oder der

oben beschriebenen Temperaturdrift

des Lokaloszillators. Die

Darstellung im Echtzeit-Wasserfalldiagramm

lässt eine sehr

genaue zeitliche Bestimmung

der Auftrittshäufigkeit und -frequenz

zu.

Im Bereich der EMV Messungen

ist der Echtzeitbetrieb ebenfalls

ein sehr hilfreiches Werkzeug.

Gepulste Störer oder breitbandige

Störer können hiermit

zuverlässig erfasst und analysiert

werden. Wenn Störer „gesehen“

werden, lassen sich auch deren

Herkunft lokalisieren und die

Ursachen beheben.

Darstellung des Kanalaligments im Persistenzmodus

Während eines Entwicklungszyklus´

stehen nicht immer alle

Signale oder Komponenten zur

Verfügung, sodass Signale extern

bereitgestellt werden müssen.

Taucht in der Evaluierungsphase

ein Problem auf kann es hilfreich

sein, ein bekanntes Signal

einzuspeisen. Um auf das Beispiel

Frequenzdrift zurückzukommen,

könnte hier zum Beispiel

das Lokaloszillatorsignal

von einem Signalgenerator wie

dem SSG5000A ersetzt werden.

Ist das Problem behoben,

kann der LO-Baustein ausgetauscht

oder stabilisiert werden

und die Messung und Analyse

der Frequenzstabilität beginnt

von vorn. Ein Bild zeigt einen

möglichen Messaufbau zur Evaluierung

oder Optimierung von

Teilbaugruppen, welche z.B.

in der Satellitenkommunikation

im X- oder K-Band zum

Zusammenfassung: Die Entwicklung

von Kommunikationssystemen

erfolgt in vielen

Iterationsschritten. Vom ersten

Aufbau bis zum fertigen Produkt

werden einige Zyklen durchlaufen

und in jedem Stadium müssen

unterschiedliche Messungen

durchgeführt werden. Steigen

die Frequenzen, steigt auch die

Komplexität und die Entwickler

müssen sich bei der Arbeit in diesem

Bereich mit vielen Herausforderungen

auseinandersetzen.

Um diese bewältigen zu können,

bedarf es die Unterstützung von

leistungsfähiger Messtechnik.

Die Anschaffung dieser Geräte

belasten in der Regel jedes Budget

stark. Die beiden neu eingeführten

Geräte von Siglent

ermöglichen, dank ihrer Flexibilität

und dem sehr guten Preis/

Leistungs-Verhältnis, dass auch

mit kleineren Budgets Entwicklungen

im X- und K-Band vorangetrieben

werden können. ◄

8 hf-praxis 11/2022


Echtzeit-EMV-Messungen

Individuelle High-End Lösungen

Erleben Sie die Komplettlösungen von AARONIA

Ob fertiges Paket oder individuell auf Ihre Bedürfnisse angepasst:

Die Aaronia AG hat für alle Anforderungen die passende Lösung.

Hergestellt und getestet in Deutschland für garantiert beste Qualität.

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MADE IN GERMANY


Aktuelles

HF- und Mikrowellen-Komponenten

-

Beratung und Vertrieb auf Hersteller-Niveau

Erzeugung ultradünner

Ruthenium-Halbleiterschichten

Unsere Qualitäts-Partner:

Tanaka stellte ein zweistufiges

Filmabscheidungsverfahren vor,

das den flüssigen Ruthenium-

Präkursor TRuST verwendet.

Was ist TRuST?

TRuST ist ein Präkursor (ein

Ausgangsprodukt für eine chemische

Reaktion), der sehr gut

sowohl mit Sauerstoff als auch

mit Wasserstoff reagiert und

hochwertige Rutheniumschichten

bilden kann. Bei dem neuen

Verfahren handelt es sich um

eine zweistufige Atomlagenabscheidung

(Atomic Layer Deposition,

ALD), bei dem Wasserstoff

für die Bildung eines dünnen

Antioxidationsfilms und

Sauerstoff für die Abscheidung

eines hochwertigen Rutheniumfilms

verwendet wird. Der

zweistufige Prozess verhindert,

dass das Substrat oxidiert, und

sorgt gleichzeitig dafür, dass

bei der Abscheidung der Wasserstoffschichten

die Reinheit

des Rutheniums nicht beeinträchtigt

wird.

Der Ruthenium-Präkursor von

Tanaka hat den weltweit höchsten

Dampfdruckwert – mehr

als 100-mal höher als bei den

Vorgängern. Dadurch erhöht

sich die Konzentration in der

Schichtabscheidungskammer

und die Adsorptionsdichte der

Moleküle auf der Substratoberfläche,

wodurch eine hervorragende

Schichtabdeckung und

eine schnellere Abscheidung

erreicht werden.

Die Technologie ist ein wichtiger

Fortschritt für die weitere

Miniaturisierung und verbesserte

Haltbarkeit von Halbleitern. Sie

wird voraussichtlich überall dort

www.MIWEKO.de

Querschnitt des zweistufigen Films unter dem Rasterelektronenmikroskop

info@MIWEKO.de

10 +49 (0)8193-939290

10

hf-praxis 11/2022


Aktuelles

zum Einsatz kommen, wo neue

Technologien eine schnellere

Datenverarbeitung erfordert –

in Rechenzentren und in Smartphones

ebenso wie für das Internet

der Dinge und autonome

Fahrzeuge. Das Verfahren wurde

von Professor Soo-Hyun Kim

von der School of Materials Science

and Engineering, College

of Engineering, der Yeungnam

University in Südkorea vorgeschlagen.

Die Entwicklung und

Bewertung des Beschichtungsverfahrens

erfolgte gemeinsam

von Professor Kim und Tanaka

Kikinzoku Kogyo.

Der Aufwand nimmt dadurch

nicht zu, denn das Aufbringen

des hochreinen Rutheniumfilms

erfolgt für beide Stufen mit den

gleichen Ausgangsstoffen und

bei der gleichen Temperatur.

Daher ist die Beschichtung mit

derselben Beschichtungsanlage

möglich.

■ Tanaka Precious Metals

https://tanakapreciousmetals.com

Hohe Bandbreiten für

programmierbare Chips

HF- und Mikrowellen-Komponenten

-

Beratung und Vertrieb auf Hersteller-Niveau

Unsere Qualitäts-Partner:

Die zweistufige

Schichtabscheidung

Bislang war das einstufige

Abscheiden von Schichten unter

Verwendung von Sauerstoff das

gängige Verfahren. Das zweistufige

Verfahren zur Abscheidung

von Schichten unter Verwendung

von Sauerstoff und Wasserstoff

ist daher ein Meilenstein. Es

verringert das Risiko der Oberflächenoxidation,

die normalerweise

durch die Wasserstoffbeschichtung

verursacht wird,

und ermöglicht eine hochreine

Beschichtung. Die Reinheit des

Rutheniums bei der Sauerstoffbeschichtung

liegt gleichbleibend

bei fast 100%. Außerdem

ist die Rutheniumschicht glatt

und dicht und weist einen geringeren

Widerstand auf als zuvor,

da die Basis zuerst mit der Sauerstoffbeschichtung

gebildet wird.

Das Moore´sche Gesetz besagt,

dass sich die Zahl der Halbleiterelemente

auf Mikrochips

etwa alle 18 Monate verdoppelt.

Dazu müssen diese Elemente

immer kleiner werden.

Damit das gelingt, müssen folglich

auch die Rutheniumschichten

dünner werden. Allerdings

nimmt normalerweise der elektrische

Widerstand zu, wenn

eine leitende Schicht dünner

wird. Die zweistufige Schichtabscheidung

ist der Ausweg

aus diesem Dilemma. Weil dort

zusätzlich zur Sauerstoffabscheidung

auch Wasserstoff verwendet

wird, sinkt der Widerstand

sogar, obwohl die Schicht dünner

wird, insbesondere bei Schichtdicken

von 10 nm und darunter.

Achronix nutzte die Multiphysik-Simulation

von Ansys zur

erfolgreichen Abnahme seines

neuesten FPGAs, des Speedster7t

AC7t1500 FPGAs. Mithilfe

von Ansys hat Achronix

die thermische Zuverlässigkeit

und die Stromversorgungsintegrität

seines neuesten programmierbaren

Chips sichergestellt,

der eine fortschrittliche 7-nm-

Siliziumtechnologie verwendet.

Diese Technologie bietet eine

hohe Bandbreite für anspruchsvolle

Verarbeitungsaufgaben

einschließlich Künstlicher Intelligenz

(KI), Maschinellem Lernen

(ML) und Netzwerk-Infrastruktur.

Aufgrund der hohen Leistung,

die in jedem Hochleistungs-Chip

steckt, sind Temperaturkontrolle

und -empfindlichkeit für ein

erfolgreiches Design unerlässlich.

Um die Produktleistung

und -sicherheit zu gewährleisten,

setzte Achronix Ansys RedHawk

und Ansys Totem ein, um die

Stromversorgungsintegrität und

die thermische Zuverlässigkeit

der IP-Blöcke des Chips zu prüfen,

während Ansys Pathfinder

für die Analyse von Schaltkreisen

mit elektrostatischer Entladung

(ESD) eingesetzt wurde.

■ Ansys

www.ansys.com

www.RUPPtronik.de

info@RUPPtronik.de

hf-praxis 11/2022 11

+49 (0)8062 8096960 11


Aktuelles

HF-Relais für Signale mit Frequenzen bis 40 GHz

Der erste und einzige 40-GHz-SP8T, der

mit einer internen Terminierungsoption

erhältlich ist.

EPX Microwave ist ein in den USA ansässiges

Unternehmen, dessen Hauptfokus

in der Produktion von HF-Schaltern bzw.

Relais bis 40 GHz liegt.

Die Ingenieure von EPX Microwave verfügen

über jahrelange Erfahrung in den

weltweiten Komponentenmärkten und

können sich schnell auf kundenspezifische

Wünsche einstellen.

Neu und einzigartig:

• 40 GHz Single Pole 8 Throw, SP8T mit

K-Konnektoren

Mit einer Schaltzeit von 20 ms und einer

Lebensdauer von über 2 Mio. Schaltzyklen

sind diese Schalter RoHs-konform

und bestens für die unterschiedlichsten

Anwendungen geeignet. EPX realisiert

Kundenwünsche: Ob Neuentwicklungen

oder für den direkten Ersatz von HF-Relais

(Form-Fit-Function)!

■ EMCO Elektronik

www.emco-elektronik.de

Verlängerter Produktlebenszyklus für Xilinx 7

• Spartan-7-FPGAs bieten eine

sehr hohe Performance/Watt in

einem kleinen Gehäuse.

• Artix-7-FPGAs bieten geringen

Stromverbrauch bei hoher

Transceiver-Bandbreite.

• Zynq-7000-SoCs vereinen

die Software-Programmierbarkeit

eines Arm-basierten

Prozessors mit der Hardware-

Programmierbarkeit eines

FPGAs.

Das Engagement für die Unterstützung

langer Produktlebenszyklen

ist AMD sehr wichtig.

Angesichts der Herausforderungen

in der Lieferkette, mit

denen die Branche im Jahr 2022

und darüber hinaus konfrontiert

ist, sind Entscheidungen darüber,

welche Bausteine in Projekte

integriert werden sollen,

wichtiger denn je. Es wäre kostspielig,

eine Komponente einzuplanen,

nur um dann ein Jahr

später festzustellen, dass dieser

Baustein nicht mehr lieferbar ist.

Obwohl einige Bausteine bereits

vor mehr als zehn Jahren eingeführt

wurden, gibt AMD Xilinx

den Kunden der Serie 7 diese

formelle Zusage, um ihnen die

Gewissheit zu geben, dass sie

mit ihren bestehenden Designs

auf Grundlage der Serie 7 fortfahren

und neue Projekte auf der

Grundlage der unglaublich vielseitigen

Technologie der Serie 7

entwickeln können.

■ AMD Xilinx

www.xilinx.com

Die AMD-Xilinx-Bausteine der

Serie 7 mit 28 nm bieten Kunden

aus den Bereichen Industrie,

Automotive, Test- und Messtechnik,

Luft- und Raumfahrt

und Verteidigung sowie Medizintechnik

erstklassige Technologie

und führende Funktionen.

Die Kunden in diesen Segmenten

verlangen eine lange Produktlebensdauer,

die in der Regel 15

Jahre beträgt, wobei viele Produkte

noch viel länger unterstützt

werden.

Der der Support für alle FPGAs

und adaptiven SoCs der Serie 7

wird daher bis mindestens 2035

verlängert. Das betrifft auch die

kostenoptimierten Spartan-7-

und Artix-7-FPGAs, das gesamte

Zynq-7000-SoC-Portfolio sowie

die Kintex-7- und Virtex-7-FP-

GAs. Alle Geschwindigkeitsund

Temperaturklassen sind

enthalten. Die Bausteine der 7er-

Serie haben einen einzigartigen

Platz im AMD-Xilinx-Portfolio

und werden auch in den kommenden

Jahren eine ideale Wahl

für neue Designs sein. Denn:

12 hf-praxis 11/2022


UltraVision III-Technologie

Neue HDO-Serien: 12 Bit Auflösung,

9 Versionen, 2 neue ASICs.

HDO4000-Serie

Digitale hochauflösende Speicheroszilloskope

Sofort lieferbar → ab € 2.699,-

• 200, 400, 800 MHz analoge Bandbreite

(per Software-Upgrade)

• 4 analoge Kanäle mit 12 Bit vertikaler Auflösung

(1 MΩ / 50 Ω)

• Sehr niedriges Rauschverhalten von 18 μVrms

• Bis zu 4 GSa/sek. Echtzeit-Abtastrate

• Bis zu 500 Mpts Speichertiefe*

• 50.000 wfms/sek., bzw. 1.500.000 wfms/sek.

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HF- und

Mikrowellentechnik

Schwerpunkt in diesem Heft:

5G/6G und IoT

Interview

Die Zukunft von O-RAN und 5G

Dr. Greg Henderson, Senior Vice President, Automotive, Communications, and Aerospace von Analog Devices,

beantwortet fünf Schlüsselfragen.

Interview-Partner

Dr. Greg Henderson

Hinweis:

Die Story wurde der vom

Boston Business Journal

gesponserten Veranstaltung

„Network Disaggregation:

Disruption & Opportunities in

Communications“ entnommen.

www.analog.com/en/signals/

articles/future-of-o-ran-5g.

html

Dabei zeigt sich auch, wie sich

O-RAN und Netzwerk-Disaggregation

auf die Welt der

5G-Kommunikation auswirken

werden.

Wie sehen Sie die Zukunft

von O-RAN und warum

glauben Sie, dass das

Netzwerk gerade jetzt

disaggregiert wird?

5G-Netze eröffnen die Möglichkeit,

einen erheblichen Teil des

Netzes zu virtualisieren. Anstelle

von proprietärer, eng miteinander

gekoppelter Hard- und Software

lassen sich auf der Basis

des O-RAN-Konzepts wesentliche

Teile des Netzwerks virtualisieren

und über standardisierte,

offene Schnittstellen miteinander

verbinden. Daraus ergibt sich

eine wesentlich offenere Netzarchitektur.

Die O-RAN Allianz verfolgt das

Ziel, durch Virtualisierung in

Verbindung mit offenen, standardisierten

Schnittstellen ein weitaus

flexibleres, herstellerübergreifendes

Netz zu realisieren.

Aufgrund der offenen Schnittstellen

lässt sich mit den Elementen

des O-RAN-Ökosystems

ein Netz mit einem größeren

Funktionsumfang entwickeln.

Für die Netzbetreiber ergeben

sich daraus Möglichkeiten für

neue Netzwerkfunktionen sowie

neue Geschäftsmodelle. Auch

die Ausfallsicherheit der Lieferkette

lässt sich optimieren, und

das Netz wesentlich schneller

weiterentwickeln.

Was sind heute die größten

Herausforderungen bei

O-RAN?

O-RAN bringt nicht nur Vorteile,

sondern auch eine Reihe

von einzigartigen Herausforderungen

mit sich. Anbieter können

diese jedoch als Chancen nutzen.

Eine der großen Herausforderungen

ist das Zusammenspiel

von Komponenten von verschiedenen

Anbietern. Um das

O-RAN-Konzept in die Praxis

umzusetzen, werden viele Netzkomponenten

von verschiedenen

Anbietern geliefert, und es ist

sicherzustellen, dass das Netz in

allen Anwendungsfällen die von

5G-Netzen erwarteten robusten

Standards erfüllen kann.

Bei der Bewältigung dieser

Herausforderung gibt es drei

wesentliche Themen. Beim

ersten Thema geht es um die

sorgfältige und klare Definition

der Schnittstellen sowie

die Schaffung der offenen Standards,

so dass jeder damit arbeiten

kann. Analog Devices arbeitet

in wichtigen Arbeitsgruppen

der O-RAN Allianz mit, um die

Standards zu definieren und auf

dieser Basis Referenz-Designs

zu entwickeln.

Das zweite Thema betrifft das

reibungslose Zusammenspiel

von Netzkomponenten (Interoperabilität).

Diese Aufgabe sehen

wir im Ökosystem der Anbieter

als unsere Pflicht. Es geht darum,

sicherzustellen, dass wir die

Interoperabilität zwischen Komponenten

von verschiedenen

Anbietern nachweisen können.

Bei Analog Devices arbeiten wir

mit Systemintegratoren, DU-

Anbietern und Herstellern von

Netzwerktestgeräten zusammen,

um das Zusammenspiel

zwischen unseren Lower-Layer-

PHY-Bauteilen und Distributed

Units sicherzustellen.

14 hf-praxis 11/2022


5G/6G und IoT

Das dritte Thema umfasst Partnerschaften.

Damit in einem

Ökosystem fortschrittliche

Lösungen wie 5G O-RAN entwickelt

werden können, sind zahlreiche

Partnerschaften erforderlich,

aus denen hochleistungsfähige

Produkte in Betreiberniveau

(Carrier-Grade) resultieren. Als

wichtiger Anbieter von Funksystemlösungen

arbeiten wir direkt

mit anderen Herstellern zusammen.

Wenn wir in diesen drei

Bereichen – offene Standards,

Interoperabilität und Partnerschaften

mit den Lieferanten im

Ökosystem – führend sind, können

wir die Herausforderungen

von O-RAN meistern und das

Konzept zum Erfolg führen.

Welche Frühindikatoren gibt

es im Ökosystem, die eine

erfolgreiche Einführung

von O-RAN signalisieren

würden?

Meiner Ansicht nach gibt es zwei

Bereiche, in denen Anzeichen

für eine erfolgreiche Einführung

erkennbar sind. Es ist erfreulich

zu sehen, dass O-RAN-Netze

eingerichtet und angekündigt

werden, und wir sehen weltweit

weitere Fortschritte in diesem

Bereich, da die Betreiber die

Implementierung von O-RAN

vorantreiben.

Ein Beispiel ist die Implementierung

des 5G O-RAN-Netzwerks

von Rakuten. Im Rahmen einer

kompletten Neuimplementierung

ist das Unternehmen erfolgreich

dabei, das Netzwerk mit einem

virtualisierten Kern auszubauen.

Diese Art des erfolgreichen

Einsatzes ist als ermutigendes

Zeichen zu werten, da andere

Netzbetreiber wie Dish Network,

Telefónica, Vodafone und

Orange erklärt haben, O-RAN

zu einem integralen Bestandteil

ihrer Netze zu machen.

Das zweite Zeichen für den

Erfolg wird von der Lösungsund

Anbietergemeinschaft kommen.

Wir werden Zeichen des

Erfolgs sehen, sobald es mehr

energie- und leistungsoptimierte

RU- und DU-Produkte für die

O-RAN-Split-Option 7-2x gibt.

Dies ist das Equipment für die

Richtfunksteuerung und die

Basisbandverarbeitung. Hier

werden spezielle Produkte für

die diese O-RAN-Schnittstellen

entwickelt.

Was bedeutet die

Virtualisierung für die

Funkeinheit?

Ein Großteil des Netzes lässt

sich virtualisieren, jedoch nicht

alles. Man stelle sich den OSI-

Protokoll-Stack vor. Hier wird

die unterste Ebene aus gutem

Grund als physikalische Ebene

bezeichnet. Hier werden die

digitalen Inhalte mit der physikalischen

Welt verbunden, und

die Funkeinheit befindet sich im

Grunde in der physikalischen

Ebene.

Die Funkeinheit enthält Elemente,

die sich nicht virtualisieren

lassen, da sie mit der

physischen Welt und dem HF-

Spektrum verbunden ist. Ferner

enthalten die unteren physikalischen

Ebenen Funktionen, die

sich zwar virtualisieren lassen,

was aber nicht zu einer effizienten

Implementierung führt.

Für eine effiziente Funkimplementierung

muss daher die

richtige Hardware entwickelt

werden.

Zwar enthält die Funkeinheit

Elemente, die aus Hardware

bestehen müssen und nicht virtualisiert

werden können, jedoch

gibt es Architekturen rund um

die Funkeinheit, die sich virtualisieren

lassen.

Standard- und offene Datenmodelle

zur Anbindung an die Funkeinheit

und die Managementebene

können in einer offenen

Software- und Verarbeitungsarchitektur

in der Funkeinheit

implementiert werden. Auch

wenn ein Großteil des Funksystems

aus Hardware bestehen

wird, ist auch eine virtualisierte

Schnittstelle möglich. Diese

Datenmodelle und Management-

Ebenen können virtualisiert und

offen ausgelegt werden, so dass

die Funkeinheit ein wichtiger

Bestandteil der offenen Lösung

sein kann.

Welches sind die größten

Chancen, die sich durch die

Disaggregation ergeben,

sobald sie in kommerzielle

Netze einzieht?

Die Hauptchancen liegen darin,

dass die Netze nicht ausschließlich

von nur einem bestimmten

Anbieter von Anfang bis Ende

aufgebaut werden. Stattdessen

würden die Netze auf offenen

Standardschnittstellen aufbauen

und Bestandteile von mehreren

potentiellen Unternehmen im

Kommunikations-Ökosystem

verwenden. Dies eröffnet Endnutzern

von Netzen viele Möglichkeiten,

die Netzwerke auf

ihre Bedürfnisse zuzuschneiden.

Insbesondere gilt dies für private

Netze, und zwar unabhängig

davon, ob sie von dem Unternehmen,

welches sie nutzt, aufgebaut

oder von einem Netzwerkbetreiber

angeboten werden.

Bei einer Anwendung wie der

Schifffahrt und Hafenwirtschaft

muss das Netz beispielsweise

einen großen offenen Bereich

abdecken und zugleich mit Störungen

durch Container oder

andere große, sich bewegende

Objekte zurechtkommen. Eine

Anwendung wie der Bergbau

hat andere Anforderungen, da

sich die vernetzte Umgebung

ständig ändert und die Signale

oft in einem begrenzten Raum

mit eingeschränkten Sichtverbindungen

navigieren müssen.

Bei automatisierten Fabrikanwendungen

können Latenzzeiten

und Sicherheit von entscheidender

Bedeutung sein.

Wir bei Analog Devices sind uns

bewusst, dass die Interoperabilität

und Flexibilität, die durch

offene Netze ermöglicht werden,

Unternehmen mehr Möglichkeiten

zur Entwicklung neuartiger

Dienste bieten, die speziell

auf unterschiedliche Anwendungsbereiche

ausgerichtet sind.

Die Möglichkeiten für Unternehmen,

die sich im Ökosystem der

Kommunikation engagieren, und

für die Nutzer dieser Technologie

sind sehr spannend. ◄

hf-praxis 11/2022 15


5G/6G und IoT

Von den Gleichungen bis zur Implementierung

Digitale Vorverzerrung in der HF-Kommunikation

Dieser Artikel befasst sich mit den mathematischen Grundlagen der digitalen Vorverzerrung (Digital

Predistortion, DPD) und ihrer Implementierung.

Bild 1: Plot PA-Eingangsleistung gegenüber PA-Ausgangsleistung

Bild 2: Lage der Intermodulationsprodukte und der harmonischen Störungen

bei 2-Ton-Signal am Eingang

Autorin:

Claire Masterson

Analog Devices

www.analog.com

Es wird anhand eines Transceivers

gezeigt, warum die DPD in

modernen Kommunikationssystemen

benötigt wird, und untersucht,

wie das mathematische

Modell die reale Signalverzerrung

erfasst.

Einführung

DPD ist in aktuellen zellularen

Kommunikationssystemen allgegenwärtig

und stellt sicher, dass

HF-Leistungsverstärker (PAs)

effizient ihre maximale Leistung

an eine Antenne liefern. Da 5G

mehr Antennen in den Basisstationen

bedingt und das Übertragungsspektrum

breiter sein muss

als bisher, hat sich DPD als eine

Schlüsseltechnologie herauskristallisiert,

die die Entwicklung

effizienter, kostengünstiger und

spezifikationskonformer Mobilfunksysteme

ermöglicht.

Viele haben ihr eigenes Verständnis

von DPD, sei es aus

rein mathematischer Sicht oder

wegen der eher eingeschränkten

Implementierung in einem

Mikroprozessor. Dieser Artikel

soll ihr Wissen erweitern und sie

befähigen, das Thema besser zu

erfassen.

Was ist DPD und warum wird

sie verwendet? PAs sollen möglichst

energieeffizient arbeiten,

damit der größte Teil der dem

Verstärker zugeführten Versorgungsleistung

in HF-Ausgangsleistung

umgewandelt wird. Der

Aufmacher skizziert eine Senderstruktur

mit und ohne DPD.

Dabei ist Folgendes zu beachten.

Transistoren sind und von Natur

aus nichtlinear. Wenn wir nun

PAs in ihrem „linearen“ Bereich

betreiben (linear ist hier ein relativer

Begriff, daher die Anführungszeichen)

wie in Bild 1 dargestellt,

dann ist die Ausgangsleistung

relativ proportional zur

Eingangsleistung. Der Nachteil

dieser Betriebsart ist, dass der PA

im Allgemeinen in einem sehr

ineffizienten Bereich arbeitet.

Wir setzen PAs kurz vor dem

Kompressionspunkt ein, was

heißt: Wenn das Eingangssignal

um einen bestimmten Betrag

(z.B. 3 dB) erhöht wird, steigt

die PA-Ausgangsleistung nicht

um denselben Betrag (sondern

vielleicht nur um 1 dB). Dabei

wird das Signal an diesem Punkt

erheblich verzerrt.

Diese Verzerrungen treten

abhängig vom Eingangssignal

Die Autorin:

Claire Masterson ist Systemingenieurin

in der Wireless

Systems Group bei

Analog Devices Limerick

und arbeitet an der Systemimplementierung,

Software-

Entwicklung sowie der Entwicklung

und Verifizierung

von Algorithmen. Sie erhielt

einen B.A.I. und einen Doktortitel

vom Trinity College

Dublin und kam nach ihrem

Abschluss 2011 zu ADI. Ihr

besonderes Interesse gilt

der Anwendung digitaler

Signalverarbeitung in realen

Systemen, insbesondere

bei der Entwicklung von

5G- und 6G-Systemen und

DPD-Implementierungen

der nächsten Generation. Sie

ist zu erreichen unter claire.

masterson@analog.com.

16 hf-praxis 11/2022


5G/6G und IoT

Bild 3: 2× 20 MHz Träger an einem SKY66391-12 RF PA mit Mittenfrequenz 1850 MHz

Bild 4: GMP zur Modellierung der PA-Verzerrungen [1]

Bild 5: Plot des Effektes der Ordnung (k) auf Signale in der Frequenzdomaine des Signals x

bei bestimmten Frequenzen auf.

Bild 2 zeigt diese und die Beziehung

zwischen den Grundfrequenzen

und deren Mischprodukten.

In HF-Systemen müssen

nur die Verzerrungen kompensiert

werden, die in der Nähe

der Grundschwingung auftreten,

d.h., die Intermodulationsprodukte

ungerader Ordnung. Die

Filterung im System kümmert

sich um die Produkte außerhalb

des Bandes (Oberwellen

und Intermodulationsprodukte

gerader Ordnung). Bild 3 zeigt

den Ausgang eines PAs, der in

der Nähe seines Kompressionspunktes

betrieben wird. Die

Intermodulationsprodukte (insbesondere

die dritter Ordnung)

sind deutlich zu erkennen. Sie

sehen aus wie „Röcke“ um das

gewünschte Signal.

DPD charakterisiert diese Verzerrungen,

beobachtet das PA-

Ausgangssignal und verändert

das Eingangssignal so, bis das

PA-Ausgangssignal sich dem

Idealwert nähert und nicht vom

linearen Betrieb in den nichtlinearen

Betrieb übergeht. Dies

kann nur unter ganz bestimmten

Bedingungen effizient erfolgen:

Wir müssen den Verstärker und

das Eingangssignal so konfigurieren,

dass der Verstärker etwas

komprimiert (Ausgangs-1dB-

Kompressionspunkt, OP1dB),

aber nicht vollständig in die Sättigung

geht.

Mathematik zur

PA-Verzerrungen

Die Arbeit [1] ist zwar ein bahnbrechendes

Werk, für eine Einführung

in das Thema aber vielleicht

etwas zu kompliziert. Versuchen

wir also zunächst, den

dortigen Generalized-Memory-

Polynomial-Ansatz (GMP) aufzuschlüsseln,

um zu einem intuitiveren

Verständnis der mathematischen

Zusammenhänge zu

gelangen!

Die Volterra-Reihen sind das

mathematische Rückgrat der

DPD und werden verwendet, um

nichtlineare Systeme mit Speicher

zu modellieren. „Speicher“

bedeutet einfach, dass die aktuelle

Ausgabe des Systems von

den aktuellen und vergangenen

18 hf-praxis 11/2022


5G/6G und IoT

Bild 6: Umwandlung der vereinfachten Gleichung in eine Matrixform mittels Datenpuffer (so wie sie digital umgesetzt wird)

Eingaben abhängen kann. Die

Volterra-Reihen sind sehr allgemein

(und daher leistungsfähig)

und werden auch in vielen

Bereichen außerhalb der Elektrotechnik

verwendet. Für die

DPD in PAs können die Volterra-Reihen

verschlankt und

so gestaltet werden, dass sie in

digitalen Echtzeitsystemen besser

implementierbar und stabiler

sind. GMP ist ein solcher verschlankter

Ansatz.

Bild 4 beschreibt, wie GMP

verwendet wird, um die Beziehung

zwischen dem Eingang x

des PA und seinem Ausgang y

zu modellieren. Es ist zu sehen,

dass die drei separaten Summenblöcke

der Gleichung einander

sehr ähnlich sind. Konzentrieren

wir uns zunächst auf den ersten,

der unten rot hervorgehoben ist.

Der Term |x(...)|k ist die Hüllkurve

des Eingangssignals,

wobei k die Polynomordnung

ist. l bezieht Memory in das

System ein. Wenn La = {0,1,2}

ist, dann ermöglicht das Modell,

dass die Ausgabe yGMP (n) von

der aktuellen Eingabe x(n) und

den vergangenen Eingaben x(n

- 1) und x(n - 2) abhängt.

x|x|k zeigen eine deutliche Ähnlichkeit

mit der in Bild 3 sichtbaren

realen Verzerrung.

Jede Polynomordnung (k) und

Speicherverzögerung (l) hat eine

zugehörige komplexe Gewichtung

(akl). Nachdem die Komplexität

des Modells bestimmt

wurde (welche Werte von k

und l einbezogen werden), muss

nach diesen Gewichtungen auf

der Grundlage realer Beobachtungg

des PA-Ausgangs für

ein bekanntes Eingangssignal

gelöst werden. In Bild 6 wird

die vereinfachte Gleichung in

eine Matrixform umgewandelt.

Die verwendete mathematische

Notation ermöglicht

eine übersichtliche Darstellung

des Modells. Für die tatsächliche

Implementierung von DPD

auf Puffern mit digitalen Daten

ist es jedoch am einfachsten und

repräsentativer, alles in Matrixform

zu betrachten.

Betrachten wir kurz die zweite

und dritte Zeile der Gleichung

in Bild 5, die der Einfachheit

halber ignoriert werden. Wenn

m auf Null gesetzt wird, sind

diese Zeilen identisch mit der

ersten. Diese Zeilen ermöglichen

es, dass Verzögerungen (sowohl

positive als auch negative) zwischen

dem Hüllkurventerm und

dem komplexen Basisbandsignal

hinzugefügt werden. Diese werden

als nacheilende und voreilende

Crossterme bezeichnet und

können die Modellierungsgenauigkeit

von DPD erheblich verbessern.

Sie bieten einen zusätzlichen

Freiheitsgrad bei unseren

Versuchen, das Verhalten des

Verstärkers zu modellieren. Zu

beachten ist, dass M b , M c , K b

und K c keine Nullen enthalten;

andernfalls würden sich Terme

aus der ersten Zeile wiederholen.

Wie legen wir also die Ordnung

des Modells fest, die Anzahl der

Speicherterme und welche Crossterme

wir hinzufügen sollten?

Hier kommt etwas „schwarze

Magie“ ins Spiel. Wir können

uns bis zu einem gewissen Grad

von unserem Wissen über die

Physik der Verzerrung leiten

lassen. Die Art des Verstärkers,

die Komponenten mit denen er

aufgebaut ist und die Bandbreite

des Signals, die gefordert ist,

wirken sich alle auf die Modellierungsbedingungen

aus und

ermöglichen es einem auf diesem

Gebiet erfahrenen Ingenieur,

das zu verwendende Modell

einzugrenzen. Darüber hinaus ist

jedoch auch ein gewisses Maß

an Trial and Error erforderlich.

Der letzte Aspekt ist die Frage,

wie nach den Gewichtungskoeffizienten

aufzulösen ist, nachdem

nun eine Modellierungsstruktur

zur Verfügung steht. Aus

praktischer Sicht besteht die

Tendenz, die Umkehrung des

In Bild 5 wird der Effekt der

Polynomordnung k auf einen

Beispielvektor untersucht.

Der Vektor x ist ein einzelner

20-MHz-Träger und wird im

komplexen Basisband gezeigt.

Die GMP-Modellierungsgleichung

wird durch Entfernen

der Speicherkomponente vereinfacht.

Die Darstellungen von

Bild 7: Das Blockdiagramm zeigt die indirekte Implementierung der Modellierung und Predistortion

20 hf-praxis 11/2022


5G/6G und IoT

Bild 8: Umgekehrte Näherungsgleichung in Matrixform. Hier wurde ein Speicher eingefügt

oben beschriebenen Modells zu

berechnen. Es stellt sich heraus,

dass diese Modellkoeffizienten

eine schöne Reziprozität aufweisen,

da dieselben Gewichtungen

zur Nachverzerrung des erfassten

PA-Ausgangsvektors zur Beseitigung

von Nichtlinearitäten und

zur Vorverzerrung des durch die

PA gesendeten Sendesignals verwendet

werden können, damit

der PA-Ausgang so linear wie

möglich erscheint. Bild 7 zeigt

ein Blockdiagramm zur Bestimmung

der Gewichtungskoeffizienten

und der Vorverzerrung.

Für das inverse Modell wird die

in Bild 6 dargestellte Matrixgleichung

vertauscht, so dass

X^ = Yw entsteht. Hier wird die

Matrix Y auf die gleiche Weise

gebildet wie X im anderen Fall,

wie in Bild 8 dargestellt. In diesem

Beispiel wurde ein Speicheryterm

eingefügt und die Anzahl

der einbezogenen Polynomordnungen

wurde reduziert. Y ist

nicht quadratisch (es handelt

sich um eine hohe, schlanke

Matrix), so dass dies mithilfe der

„Pseudo-Inversen“ der Matrix

erreicht wird:

Dies kann noch etwas verfeinert

werden, um zu berücksichtigen,

dass es in einer Applikation mit

sich ändernden Signalen angewendet

wird. Hier werden die

Koeffizienten eingeschränkt,

indem sie ausgehend von ihrem

vorherigen Wert aktualisiert werden.

µ ist ein konstanter Wert

zwischen 0 und 1, der bestimmt,

wie stark sich die Gewichtungen

pro Iteration ändern können. Ist

µ = 1 und w0 = 0, so kehrt diese

Gleichung sofort zur grundlegenden

Lösung der kleinsten Quadrate

zurück. Wenn µ auf einen

Wert kleiner als 1 gesetzt wird,

dauert es eine Anzahl von Iterationen,

bis die Koeffizienten

konvergieren.

Beachten Sie, dass die hier

beschriebenen Modellierungsund

Abschätztechniken nicht

die einzigen Möglichkeiten

sind, DPD durchzuführen.

Techniken wie die Modellierung

auf der Grundlage der

dynamischen Abweichungsreduzierung

(Dynamic Deviation

Reduction, DDR) können

anstelle von oder zusätzlich zu

dieser verwendet werden. Die

beschriebenen Abschätzungsverfahren

zur Lösung der Koeffizienten

können ebenfalls auf

zahlreiche andere Arten durchgeführt

werden.

Implementierung

DPD wird im digitalen Basisband

implementiert, im Allgemeinen

in einem Mikroprozessor

oder einem FPGA. Die Radio-

Verse-Transceiver-Produkte von

ADI, wie z. B. die ADRV902x-

Familie, verfügen über integrierte

Mikroprozessorkerne,

deren Struktur speziell für eine

einfache DPD-Implementierung

ausgelegt ist.

Die DPD-Implementierung in

eingebettete Software umfasst

zwei Aspekte. Der erste ist der

DPD-Aktuator, in dem die Vorverzerrung

der live übertragenen

Daten in Echtzeit durchgeführt

wird, und der zweite ist die

DPD-Adaption Engine, in der

die DPD-Koeffizienten auf der

Grundlage von Beobachtungen

des PA-Ausgangs aktualisiert

werden.

Der Schlüssel dazu, wie DPD in

Echtzeit implementiert wird, ist

die Verwendung von Lookup-

Tabellen (LUTs). Diese ermöglichen

es, teure Laufzeitberechnungen

durch ein einfacheres

Array-Indexing zu ersetzen.

Betrachten wir also nun, wie der

DPD-Aktuator eine Vorverzerrung

auf ein übertragenes Datensample

anwendet. Die Notation

ist in Bild 7 dargestellt, wobei

u(n) das zu übertragende Rohdatensample

ist und x(n) die vorverzerrte

Version. Bild 9 zeigt

die Berechnungen, die erforderlich

sind, um ein vorverzerrtes

Sample für ein bestimmtes Szenario

zu erhalten. Es handelt sich

hierbei um ein relativ begrenztes

Beispiel mit der höchsten Polynomordnung

dritter Ordnung

und nur einem Speicherabgriff

Dies löst w im Sinne der kleinsten

Quadrate, d.h., es minimiert

das Quadrat der Differenz

zwischen X^ und Yw, was ja

gewollt ist!

Bild 9: Vorverzerrungsberechnung für den Fall dritter Ordnung mit einem Speicherabgriff und einem Crossterm-

Element dritter Ordnung

22 hf-praxis 11/2022


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Bild 10: Neugruppierung von Gleichungselementen zur Darstellung der LUT-Struktur

sowie einem einzigen Crossterm.

Selbst in diesem Fall sind eindeutig

viele Multiplikations-,

Potenz- und Additionsberechnungen

erforderlich, um dieses

eine Daten-Sample zu erhalten.

Hier kommen die LUTs ins

Spiel, um die Echtzeitberechnungen

zu erleichtern. Die Gleichung

in Bild 9 kann in die Gleichung

in Bild 10 umgeschrieben

werden, wobei die Daten, die

in die LUTs eingegeben werden,

deutlicher werden. Jede

LUT enthält das Ergebnis des

hervorgehobenen Elements der

Gleichung für eine große Anzahl

möglicher Werte für |u(n)|. Die

Auflösung hängt von der Größe

der LUTs ab, die in der verfügbaren

Hardware implementiert

werden kann. Der Betrag des

aktuellen Eingangssamples wird

in Abhängigkeit von der Auflösung

der LUT quantisiert und

als Index für den Zugriff auf das

richtige LUT-Element für den

jeweiligen Eingang verwendet.

Bild 11 zeigt, wie die LUTs in die

vollständige Implementierung

des Vorverzerrungs-Aktuators

für unser Beispiel eingebunden

sind. Man beachte, dass dies

nur eine von vielen möglichen

Implementierungen ist. Ein

Beispiel für eine Änderung, die

unter Beibehaltung des gleichen

Ausgangs vorgenommen werden

könnte, ist die Verschiebung des

Verzögerungselements z -1 auf die

rechte Seite von LUT2.

Die Adaption-Engine hat die

Aufgabe, die Koeffizienten zu

ermitteln, die zur Berechnung

der LUT-Werte im Aktuator

verwendet werden. Dazu muss

der in den Gleichungen 1 und 2

beschriebene w-Vektor gelöst

werden. Die Pseudoinversen-

Matrix-Operation (YH Y) -1 YH

ist sehr rechenintensiv. Gleichung

1 kann wie folgt umgeschrieben

werden:

Ist C YY = Y H Y und C Yx = Y H x,

ergibt sich für Gleichung 3:

C YY ist eine quadratische Matrix

und kann mit Hilfe der Cholesky-

Zerlegung in das Produkt aus

einer oberen Dreiecksmatrix L

und ihrer konjugierten Transponierung

(C YY =L H L) zerlegt

werden. Dies ermöglicht es uns,

nach w aufzulösen, indem wir

eine Dummy-Variable z einführen

und sie wie gezeigt auflösen:

Dann setzen wir diese Dummy-

Variable wieder ein und lösen

sie auf für:

Da es sich bei L und L H um

obere bzw. untere Dreiecksmatrizen

handelt, lassen sich Gleichung

5 und Gleichung 6 leicht

und mit minimalem Rechenaufwand

lösen, um w zu erhalten.

Jedesmal, wenn die Adaptions-

Engine läuft und neue Werte

für w gefunden werden, müssen

die Aktuator-LUTs entsprechend

aktualisiert werden. Die

Adaption kann in regelmäßigen

oder unregelmäßigen Abständen

erfolgen nach Beobachtung des

PA-Ausgangs oder Änderungen

des zu übertragenden Signals.

Die Implementierung von

DPD in ein eingebettetes System

erfordert eine Reihe von

Überprüfungen und Abgleichen,

um dessen Stabilität zu

gewährleisten. Es ist äußerst

wichtig, dass die übertragenen

Datenpuffer und die Daten des

Erfassungspuffers zeitlich aufeinander

abgestimmt sind, um

sicherzustellen, dass die zwischen

ihnen hergestellte mathematische

Beziehung korrekt ist

und bei ihrer Anwendung über

die Zeit Bestand hat. Wenn

diese Anpassung verlorengeht,

werden die von der Adaptions-

Engine zurückgegebenen Koeffizienten

das System nicht korrekt

vorverzerren, was zu Instabilität

im System führen kann. Der

vorverzerrte Aktuatorausgang

sollte auch überprüft werden,

um sicherzustellen, dass das

Signal den DAC nicht in die

Sättigung bringt.

Die Studie [2] ist eine gute

Quelle für die Anwendung von

DPD in einem drahtgebundenen

Kommunikationssystem mit

ultraweiter Bandbreite.

Referenzen

[1] Dennis R. Morgan, Zhengxiang

Ma, Jaehyeong Kim,

Michael G. Zierdt and John

Pastalan: “A Generalized

Memory Polynomial Model

for Digital Predistortion of RF

Power Amplifiers” IEEE Transactions

on Signal Processing,

Vol. 54, No. 10, October 2006

Bild 11: Blockdiagramm der möglichen Implementierung von DPD mittels LUT

[2] Patrick Pratt and Frank Kearney:

“Ultrawideband Digital Predistortion

(DPD): The Rewards

(Power and Performance) and

Challenges of Implementation

in Cable Distribution Systems”

Analog Dialogue, Vol. 51, No.

3, July 2017 ◄

24 hf-praxis 11/2022


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nicht nur mehr Daten und

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höherer Geschwindigkeit, sondern

müssen überlegen, wie wir

neue Einsatzmöglichkeiten wie

autonomes Fahren und holografische

Präsenz realisieren. Dieser

Trend wird sich bis zu 6G fortsetzen,

das im Jahr 2030 erwartet

wird. Dort erwarten wir Spitzendatenraten

von mehr als 100

GBit/s, eine extreme Abdeckung

und flächendeckende Konnekti-

Autoren.

Dr. Nadine Collaert,

Programmdirektorin und

Dr. Michael Peeters,

VP of R&D für Konnektivität

Imec

www.imec-int.com

vität“, so Michael Peeters, VP of

R&D for Connectivity bei imec.

Indiumphosphid für Leistung

und Effizienz bei hohen

Frequenzen

Mit 6G sollen Frequenzen über

100 GHz – beginnend mit dem

D-Band um 140 GHz – in Angriff

genommen werden. Michael

Peeters: „Wir sind der Ansicht,

dass die größte Herausforderung

bei Frequenzen oberhalb

von 100 GHz darin besteht,

eine ausreichende Leistung mit

einem ausreichend hohen Wirkungsgrad

zu erzeugen. Sowohl

bei CMOS- als auch bei SiGe-

Verstärkern beträgt die gesättigte

Ausgangsleistung im D-Band

nicht mehr als 15 dBm, und der

Wirkungsgrad liegt typischerweise

unter 10%, was sehr niedrig

ist, wenn man bedenkt, dass

gängige Modulationsverfahren

wie 64-QAM mehr als 6 dB

darunter arbeiten müssen. Der

Wirkungsgrad sinkt zudem mehr

als linear mit der Ausgangsleistung.

Indiumphosphid (InP) ist

der Champion bei diesen Frequenzen

mit einer Ausgangsleistung

von über 20 dBm und

einem Wirkungsgrad von 20 bis

30%. InP kann die erforderliche

Leistung bei hohen Frequenzen

erbringen. Vor allem, wenn der

Platzbedarf begrenzt ist und

nur eine begrenzte Anzahl von

Antennen untergebracht werden

kann, hat InP die Nase vorn und

bietet einen halb so hohen Leistungsbedarf

auf einer halb so

großen Grundfläche.“

InP-Technologie zur

Produktreife gebracht

Die Entwicklung von InP-HBTs

(Heterojunction Bipolar Transistor),

die mit hohen Frequenzen

arbeiten können, erfordert eine

erprobte und wirtschaftliche

Technologie und einen Ansatz

zur Kombination InP-basierter

Komponenten mit siliziumbasierten

Komponenten zu einem

Gesamtsystem. Für beide Herausforderungen

ist die heterogene

Integration eines III-V-

Materials wie InP mit CMOS

der Schlüssel. Schließlich wird

CMOS weiterhin für Kalibrierung,

Steuerung, Strahlformung

und Konverter benötigt.

Die InP-Technologie wird derzeit

auf kleinen Substratwafern

(


10 TO 65 GHZ

mmWave Mixers

Ultra-Wideband Frequency Conversion

• IF band as wide as DC-20 GHz

• Connectorized, SMT and die formats available

• LO to RF Isolation as high as 45 dB

• Conversion loss as low as 8.4 dB

• Useable as an up and down converter

• Suitable for 5G, WiGig, defense radar

and communication, and more

DISTRIBUTORS


5G/6G und IoT

High-Level-Vergleich von Techniken zur Integration von InP auf

Siliziumsubstraten gegenüber nativen InP-Substraten

Nano-Ridge-Technik gegen

Defekte

Um die Defekte zu vermeiden,

die beim direkten Aufwachsen

von InP auf Silizium auftreten,

schlägt imec Nano-Ridge-Technik

vor, ein Verfahren, das auf

dem selektiven Aufwachsen des

III-V-Materials in vorstrukturierten

Strukturen oder Gräben

in Silizium beruht. Diese Gräben

mit hohem Aspektverhältnis sind

sehr effektiv, um die Defekte

im schmalen unteren Teil einzufangen

und das Wachstum

von hochwertigem Material mit

niedrigen Defektraten außerhalb

des Grabens zu ermöglichen.

Gleichzeitig wird der Nanorücken

durch Überwachsen nach

oben hin breiter und bildet so

eine solide Basis für einen Bausteinstapel.

Verringert man den

Abstand zwischen den Nanogittern,

kann man sie sogar zusammenfügen,

um lokal eine Scheibe

aus III-V-Material zu erzeugen.

„Kürzlich demonstrierte imec

53%-ige quaderförmige InGaAs-Nano-Gitter,

die Fadenversetzungen

im Graben effizient

einfangen können. Die

Nanogitter wurden erfolgreich

sowohl einzeln als auch in einer

angelegten Schablone gezüchtet.

Wir verwenden derzeit denselben

Ansatz, indem wir die InGaAs-Nano-Ridge-Technik

mit

den Erkenntnissen aus früheren

Demonstrationen von InGaP/

GaAs-Nano-Ridge-HBTs kombinieren,

um einen Heterostrukturstapel

für 140-GHz-Anwendungen

zu entwickeln. Um die

Herausforderungen in Bezug auf

Geschwindigkeit, Effizienz und

Ausgangsleistung zu bewältigen,

die für die nächsten Generationen

von drahtlosen Kommunikationssystemen

mit hoher

Datenrate erforderlich sind,

wollen wir InP-HBTs auf einer

300-mm-Si-Wafer-Plattform einsetzen“,

erläutert Nadine Collaert,

Programmdirektorin des

Advanced RF Program bei imec.

Neben den direkten Wachstumsverfahren,

wie dem Nano-Ridge-

Engineering, kann InP auch

durch Integrationsverfahren auf

Silizium aufgebracht werden,

bei denen kleine InP-Substrate

als Ausgangsmaterial verwendet

werden. Qualitativ hochwertige

InP-Substrate werden während

der Waferkonstitution zerschnitten

und in unstrukturierte

Kacheln sortiert. Die Kacheln

werden anschließend auf einen

Si-Wafer aufgebracht, geebnet

und in der Fab verarbeitet.

Sowohl das direkte Wachstum

als auch die Rekonstitution der

Wafers haben Vor- und Nachteile

in Bezug auf Leistung, Kosten

und heterogenes Integrationspotenzial.

Co-integrative Ansätze auf

Systemebene

Eine solide und wirtschaftliche

InP-Technologie durch direktes

Wachstum oder Rekonstitution

der Wafer zu erhalten, ist nur ein

Teil der Herausforderung. Die

daraus hervorgehenden Komponenten

müssen schließlich in

ein komplettes System integriert

werden, das aus Bausteinen in

einer Kombination aus III-Vund

CMOS-basierten Technologien

besteht, z. B. InP-HBTs

(für Leistungsverstärker) oder

CMOS (für den Strahlformungs-

Transceiver). Diese Notwendigkeit

bringt eine ganze Reihe von

Integrationsherausforderungen

mit sich. Bei imec untersucht

man die monolithische (2D)

Integration von III-V-Bauelementen

mit Siliziumelementen in

derselben Ebene sowie 2,5- und

3D-Integrationstechnologien,

um eine heterogene Integration

zu erreichen.

Die Leiterplatte ist nach wie

vor Stand der Technik, und es

werden Optimierungen vorgenommen,

um sie für höhere Frequenzen

geeignet zu machen.

Dazu gehören die Verkleinerung

des Rasters und die Optimierung

von Materialien und Layout. Bei

der 2,5D-Integration werden

Silizium-Interposer (ein Chip

oder eine Schicht mit lithografisch

definierten Verbindungen

und sogar Durchkontaktierungen

durch das Silizium) zur Kommunikation

zwischen einem

Aufsicht: ein RF-Interposer mit einem gestapelten Si-Top-Die (quelle: X. Sun et al., ECTC 2022)

III-V- und einem Silizium-Chip

eingesetzt.

„Die Technologie ist bereits für

digitale Hochgeschwindigkeitsanwendungen

optimiert, erfordert

aber noch weitere Arbeiten,

um sie zu einer Lösung für

HF-Anwendungen zu machen.

Insbesondere untersuchen wir

verschiedene Optionen für

Dielektrika und die Dicke der

Metallschichten, um verlustarme

Verbindungen zu ermöglichen.

Wir benötigen entweder hochohmige

Siliziumsubstrate oder

dicke dielektrische Schichten,

um die Metallschichten vom

verlustbehafteten Substrat zu

distanzieren, aber auch eine

sehr dicke RDL (Redistribution

Layer), eine zusätzliche Metallschicht,

um den Metallverlust zu

verringern. In bestimmten Fällen

werden wir auch die Integration

hochwertiger passiver Bauelemente

ins Auge fassen“, erklärt

Nadine Collaert.

2,5/3D als Schlüsselfaktoren für

die heterogene Integration

Warum 3D-Integration? Nadine

Collaert: „Wenn wir zu immer

höheren Frequenzen übergehen,

nimmt die Wellenlänge ab, und

die Fläche des Antennenarrays

skaliert entsprechend. Oberhalb

von 100 GHz wird der Antennenabstand

jedoch kleiner als

der Pitch des Frontend-Schaltkreises,

während die Fläche des

mm-Wellen-Funkchips kaum

noch skaliert. Die Grundfläche

des Antennenarrays gibt die

Beschränkungen vor, aber um

alles unter der Antenne unterzubringen,

brauchen wir fortschritt-

28 hf-praxis 11/2022


Gebaut für robustes Wi-Fi

Industrietaugliches Embedded Wi-Fi® von Microchip funktioniert

auch bei hohen Ansprüchen

Industrielle Steuerungen, PCs und Sensoren sind für den Betrieb in rauen Umgebungen ausgelegt. Auch

Ihre Wi-Fi-Lösung sollte auf Robustheit ausgelegt sein. Unsere Lösungen sind so konzipiert, dass sie unter

diesen Bedingungen zuverlässig funktionieren – egal ob es sich um Störungen durch Motoren in der Nähe,

Funkstörungen oder extreme Umgebungsbedingungen handelt.

Robuste Funkleistung

• Konsistente HF-Leistung über der Temperatur (


5G/6G und IoT

Die Roadmap für 3D-Verbindungstechnologien. Teil des ISSCC 2021 Forum

Talks von Eric Beyne zum Thema „3D System Integration: Technologieszenario

und langfristiger Fahrplan“

liche heterogene Integrationsoptionen,

die die dritte Dimension

erschließen.“

„In den letzten zehn Jahren wurden

in der 3D-Verbindungstechnik

enorme Fortschritte erzielt.

Bei den Optionen auf Waferebene

(Wafer-to-Wafer, Die-to-

Wafer) gab es einen enormen

Druck, den Abstand der Leiterbahnen

zu verringern. Beim

Wafer-to-Wafer- oder Hybrid-

Bonding können wir Abstände

von weniger als 1 µm erreichen

und kontinuierlich weiter bis auf

500 nm und darunter vordringen.

Derselbe Trend zur Verkleinerung

der Abstände gilt für das

Die-to-Wafer-Bonding und das

Die-Stacking mit Mikrobumps.

Die beiden Integrationsverfahren

für Frequenzen über 100

GHz haben mehrere Herausforderungen

gemeinsam. So benötigen

sie beide feine Durchkontaktierungen

oder Mikrobumps

mit einem Abstand von weniger

als 100 µm. Dann sollten sie eine

große Anzahl von Verbindungen

für das Routing von (HF-, DC-,

ZF- und digitalen) Signalen

ermöglichen. Und schließlich

Die Autoren

Dr. Nadine Collaert ist Programmdirektorin

bei imec.

Sie ist derzeit verantwortlich

für das Analog/RF-Programm,

das sich mit der heterogenen

Integration von III-V/III-N-

Bauelementen mit fortschrittlichen

CMOS-Bauelementen

befasst, um die Herausforderungen

der kommenden Generation

der mobilen Kommunikation

zu meistern. Zuvor war

sie Programmdirektorin des

Programms Logic Beyond Si,

das sich auf die Erforschung

neuartiger CMOS-Bauelemente

und Bauelemente und

Systemansätze mit neuen

Materialien zur Erhöhung der

Funktionalität konzentriert.

Sie beschäftigte sich mit der

Theorie, dem Design und der

Technologie von FinFET-

Bauelementen, neuartigen

Speichern, Wandlern für biomedizinische

Anwendungen

sowie der Integration und

Charakterisierung biokompatibler

Materialien. Sie hat

einen Doktortitel in Elektrotechnik

von der KU Leuven,

ist (Mit-)Autorin von mehr als

400 Veröffentlichungen und

müssen sowohl die Leiterbahnals

auch die Zwischenraumabmessungen

viel kleiner als 50 µm

sein. Aber es gibt auch Unterschiede.

Bei der 2/2,5D-Integration

sitzt der III-V-Chip direkt

neben dem CMOS-Chip, was

ein besseres Wärme-Management

ermöglicht. Nachteilig ist,

dass der Platzbedarf für manche

Anwendungen in einer Dimension

reduziert werden muss und

dass diese Architektur nur eine

1D-Strahlführung ermöglicht.

Bei der 3D-Integration hingegen

können alle Chips und Schaltkreise

unter der Antenne untergebracht

werden, und es ist eine

2D-Strahlführung möglich, bei

der das Signal über eine Halbkugel

gelenkt wird. Die 2D-Strahlführung

wird für 5G und darüber

hinausgehende Anwendungen

notwendig sein, um Eindringverluste

zu minimieren und die

Reichweite bei den benötigten

hohen Frequenzen zu erhöhen.

Das Wärme-Management

jedoch ist eine größere Herausforderung.

Und natürlich ist die

3D-Integration ein komplexerer

Ansatz, der seine eigenen Herausforderungen

an die Verarbeitung

mit sich bringt.

Co-Optimierung der

Systemtechnik ist entscheidend

Die Wahl der Integrations- und

Gehäuselösung hängt letztendlich

vom Einsatzzweck bzw.

der Anwendung ab. „Weil es so

viele Optionen gibt, hat imec ein

hält mehr als zehn Patente im

Bereich Bauelemente-Design

und Prozesstechnologie.

Dr. Michael Peeters ist VP of

R&D für Konnektivität bei

imec. Seine früheren Erfahrungen

als CTO für die drahtgebundenen

und drahtlosen

Geschäftsbereiche bei (der jetzigen)

Nokia beruhen auf dem

Enthusiasmus und der Liebe

zu Technologie und Wissenschaft,

die er in seiner Zeit

bei Bell Labs erworben hat,

sowie auf den Grundsätzen der

freien Forschung, die ihm von

seiner Alma Mater, der Vrije

Universiteit Brussel (VUB),

vermittelt wurden. Im Laufe

seiner Forschungskarriere,

die mit einem Doktortitel in

angewandter Physik und Photonik

an der Vrije Universiteit

Brussel begann, hat er mehr als

100 wissenschaftlich begutachtete

Veröffentlichungen

und zahlreiche Fachartikel

verfasst. Darüber hinaus hält

er Patente in den Bereichen

Access und Photonics. Er ist

ausgebildeter Elektrotechniker,

Senior-Mitglied des IEEE

und Fellow der VUB.

neues STCO-Programm (System

Technology Co-Optimization)

ins Leben gerufen, um die

Technologieauswahl auch auf

Systemebene zu unterstützen.

Die STCO-Methode verwendet

Inputs von Spezifikationen der

Architektur und der Anwendung

und berücksichtigt Signalverluste,

Bandbreite, Wärmeableitung,

mechanische Stabilität und

Kostenabschätzung. Wir müssen

alle diese Parameter zusammen

berücksichtigen, um die Geräte

der sechten Generation zu entwickeln

und zu fertigen“, fasst

Michael Peeters zusammen.

Weiterführende Literatur:

Links 2/2,5D-Integration unter Verwendung eines Silizium-Interposers zur Verbindung der III-V-Chips mit dem

Siliziumchip. Rechts 3D-Integration, bei der die III-V-Chips auf das Silizium gestapelt und dann mit der Antenne

verbunden werden; in diesem Fall ist die Antenne ebenfalls in den Si-Interposer integriert

www.imec-int.com/en/articles/

imec-demonstrates-scalableiii-v-and-iii-n-devices-on-sitargeting-beyond-5g-rf-frontend-modules


30 hf-praxis 11/2022


5G/6G und IoT

Wettbewerbsfähige Leistung bei niedrigen Herstellungskosten

GaN auf Silizium – das Beste aus zwei Welten

LDMOS-Funktionsquerschnitt

Der Ausbau des 5G-Funknetzes

ermöglicht deutlich schnellere

Datenübertragungsraten als LTE,

stellt jedoch auch hohe Anforderungen

an die Halbleiterkomponenten.

Aus diesem Grund haben

sich GaN-SiC-Halbleiter bei der

Herstellung von 5G-Antennen

durchgesetzt. Allerdings ist die

Herstellung dieser Halbleiter

sehr teuer. Mit der neuen GaNauf-Silizium-Technologie

will

Infineon nun die Vorteile von

Galliumnitrid und Silizium verbinden:

hohe Leistung und günstige

Herstellung.

Background

können. Allerdings hat der Trend

zu höheren Datenübertragungsraten

enorme Auswirkungen auf

die globale Energierechnung: Es

wird erwartet, dass der Energiebedarf

für die Informations- und

Kommunikationstechnologie bis

2030 auf bis zu 21% des weltweiten

Energieverbrauchs ansteigen

könnte [1].

Mit den neuen 5G-Funktionen

entstehen für die Hochfrequenztechnik

zudem viele zusätzliche

Herausforderungen, darunter

höhere Trägerfrequenzen

von bis zu 7 GHz, eine Bandbreite

von mehr als 400 MHz,

komplexe Modulationsverfahren,

eine höhere Anzahl von

Kanälen und die Verwendung

fortschrittlicher Konzepte wie

mMIMO [1]. Außerdem müssen

aus Kostengründen trotz zunehmender

Komplexität sowohl

Gewicht als auch Energiebedarf

der HF-Funkgeräte so gering wie

möglich gehalten werden, was

jeweils eine höhere Energieeffizienz

erfordert.

Aus diesem Grund sind die

HF-Leistungsverstärkerstufen

entscheidende Bauteile in

5G-mMIMO-Funkgeräten, denn

sie sind der letzte aktive Block

vor der Luftübertragung und

beanspruchen bis zu 50% der

Energie in der Basisstation [2].

Aufgrund der überlegenen Hochfrequenzleistung

hat sich GaN

als die führende Hochleistungs-

HF-Leistungsverstärker-Technologie

für 5G-mMIMO-Funk

durchgesetzt. Derzeitige Implementierungen

sind jedoch noch

zu kostspielig, da GaN auf teuren

SiC-Wafern in III/V-Fabriken

mit teuren Lithografie-Prozessen

gezüchtet wird, was im Vergleich

zu siliziumbasierten Technologien

zu außerordentlich hohen

Produktionskosten führt. Es gab

bereits Versuche, GaN auf Siliziumträgern

zu züchten, aber

aufgrund der begrenzten Leistung

und der schlechten Wirtschaftlichkeit

konnte sich bisher

keine dieser Technologien auf

dem Markt durchsetzen. Mit der

neuen GaN-auf-Silizium-Technologie

von Infineon soll sich

das nun ändern: Die Technologie

basiert auf einem 8-Zoll-Prozess,

der alle technischen Anforderungen

erfüllt, und gleichzeitig

günstig in der Herstellung ist.

Von LDMOS zu GaN-Si

Bei LDMOS (lateral-diffused

metal-oxide semiconductor,

Bild 1) handelt es sich um einen

planaren, doppelt diffundierten

MOSFET, der die Leistung,

Robustheit und Benutzerfreundlichkeit

von Si-Bipolartransistoren

übertrifft. Seit 30 Jahren

ist LDMOS die Standardtechnologie

für drahtlose Infrastrukturen

mit hoher Übertragungsleistung

und Frequenzen bis zu 3

GHz. Aufgrund der kostengünstigen

Herstellung auf 8-Zoll-

Si-Substraten sowie der Kom-

Autor:

Dr. Ismail Nasr,

Head of Product Group

Wireless Infrastructure

Infineon-Technologien

www.infineon.de

Soziale Medien, datenintensive

Videotelefonate und die

intensive Internetnutzung auf

mobilen Geräten sind nur einige

Gründe für die steigende Nachfrage

nach hochleistungsfähigen

5G-Funknetzen, die eine ausreichende

Abdeckung und Netzqualität

bieten. Während der Covid-

Pandemie hat sich diese Entwicklung

weiter verstärkt, sodass

die Netzwerkbetreiber auf die

Einführung von 5G-Funknetzen

im Sub-5-GHz-Bereich drängen,

um den exponentiell wachsenden

Datenverbrauch bewältigen zu

Funktionsquerschnitt von GaN-HEMT

hf-praxis 11/2022 31


5G/6G und IoT

Load-Pull-Ergebnisse für gehäuste 5,8 mm GaN-auf-Silizium-Transistoren

patibilität mit Standard-Si-Prozesslinien

konnte LDMOS erst

mit dem Aufkommen der GaN-

HEMTs langsam vom Markt für

drahtlose Basisstationen verdrängt

werden.

Galliumnitrid-basierte HF-Produkte

(Bild 2) wurden ursprünglich

entwickelt, um den Bedarf

an höherer Leistung, größerer

Bandbreite und höheren Frequenzen,

beispielsweise für

Radar-Anwendungen, zu decken.

Im Vergleich zu LDMOS kann

GaN-on-SiC aufgrund eines

höheren kritischen E-Felds

und einer höheren maximalen

Ladungsträgerdichte im Kanal,

eine höhere Leistungsdichte und

damit eine höhere Impedanz bei

einem gegebenen Leistungspegel

erreichen. Dies führt zu einem

geringeren Abfall des Wirkungsgrades

gegenüber der Frequenz.

Dadurch sind GaN-Transistoren

auch für drahtlose Infrastruktur-

Anwendungen gut geeignet. Speziell

die hohe Leitungsdichte –

typischerweise das Fünffache

eines LDMOS-Transistors – und

die geringen parasitären Kapazitäten

sind von Vorteil, da die

Industrie auf größere Modulationsbandbreiten

setzt.

Auch der Trend zu höheren

Frequenzen begünstigt GaN-

Transistoren, die bei steigender

Leistung einen höheren Spitzenwirkungsgrad

aufweisen.

GaN-basierte Leistungsverstärker

überschreiten sogar jenseits

von 2 GHz einen Wirkungsgrad

von bis zu 80%, was für 5G und

künftige Kommunikationssysteme

immer wichtiger wird.

Dennoch war die Einführung

von GaN bisher schwierig. Der

Hauptgrund dafür war der hohe

Herstellungspreis, vorwiegend

bei Anwendungen mit Frequenzen

unterhalb von 2 GHz,

bei denen die Leistungsunterschiede

zwischen LDMOS und

GaN kaum bemerkbar sind. Seit

Anfang des Jahrhunderts wird

darum versucht, GaN auf Siliziumsubstraten

wachsen zu lassen,

doch aufgrund von Gitterfehlanpassungen

ist es schwierig, auf

diese Weise qualitativ hochwertiges

GaN zu produzieren. Durch

die umfangreichen Forschungsund

Entwicklungsanstrengungen

der letzten zehn Jahre, insbesondere

im Bereich der Energieumwandlung,

konnte die Kristallqualität

aber deutlich verbessert

werden. Seitdem konnten zahlreiche

Produkte auf Basis von

GaN-Si auf den Markt gebracht

werden, selbst für industrielle

Anwendungen [3].

Wichtige Parameter für GaN-Si

Um die gleiche Leistung wie

bei GaN-SiC zu erreichen und

gleichzeitig eine gute Zuverlässigkeit

zu erhalten, muss bei der

Herstellung von GaN-Si einiges

berücksichtigt werden – etwa

die HF-Leistungsfähigkeit, der

thermische Widerstand und die

Zuverlässigkeit.

HF-Leistungsfähigkeit: Einer der

wichtigsten Leistungsparameter

ist die HF-Effizienz. In Bild 3

sind die Load-Pull-Ergebnisse

eines gehäusten Transistors mit

5,8-mm-Gate-Peripherie bei 2,7

GHz mit einem P3-dB-Spitzen-

Drain-Wirkungsgrad von etwa

85 Prozent und einer Spitzenausgangsleistungsdichte

von

mehr als 5,5 W/mm bei 28 V

dargestellt. Auf diese Weise wird

eine Leistung auf Augenhöhe mit

GaN-SiC erreicht. Die Grafik

zeigt zudem ein sehr geringes

Trapping, wobei der Wirkungsgrad

vom tiefen Back-Off bis

nahe der Sättigung ziemlich

konstant bleibt. Aufgrund dieser

Eigenschaften ist die Technologie

besonders für Doherty-

Anwendungen geeignet.

Thermischer Widerstand: Einer

der grundlegenden Unterschiede

zwischen GaN-Si und GaN-

SiC sind unterschiedliche Wärmewiderstände

aufgrund der

unterschiedlichen Wärmeleitfähigkeit

von Si- und SiC-Substraten.

Durch die Verdünnung

der Wafer und einer Layout-

Optimierung können trotzdem

dieselben Kanaltemperaturen

erreicht werden, wenn GaN-Si

bei 32 V und GaN-SiC bei 48 V

betrieben werden.

Zuverlässigkeit: Bei der Zuverlässigkeit

müssen insbesondere

zwei Aspekte berücksichtigt

werden: Ausfall und Spannungsdrift.

Die mittlere Betriebsdauer

bis zum Ausfall (Mean Time

to Failure: MTTF) wird durch

verschiedene Ausfallmechanismen

in Abhängigkeit von der

Temperatur und bei niedrigeren

Temperaturen durch Elektromigration

begrenzt (Bild 4). Die

ist jedoch nicht abhängig vom

intrinsischen GaN-Transistor,

sondern vielmehr vom verwendeten

Metallisierungsmaterial

und dem Layout. Das heißt, der

Wert kann je nach Bedarf durch

das Layout verändert werden.

Der geringe Drift der GaN-Si-

Technologie wird in Diagrammen

gezeigt: Im Bild ist der I dq -

Drift für 25 und 100 °C dargestellt,

wenn das Bauteil mit 10

mA/mm und V ds = 28 V betrieben

wird. Hier wird nach zehn

Jahren ein I dq -Drift von weniger

als 25% erwartet. Ein Bild zeigt

die Abnahme der Ausgangsleistung

von Transistoren im

20-mm-Gehäuse in Abhängigkeit

von der HTRB (High Temperature

Gate Bias)-Stresszeit

dargestellt, mit HTRB-Stressbedingungen

von V gs = -15 V, V ds

= 100 V und 150 °C. Bei bis zu

1000 h HTRB-Stress wird ein

Leistungsabfall von weniger als

8% beobachtet.

Bei der GaN-SiC-Technologie

werden die Kosten pro Fläche

hauptsächlich durch das SiC-

Substrat und die Verarbeitung

der typischerweise kleinen Wafer

in einer III/V-Fab bestimmt. Infineon

kann das volle Kostenpotenzial

für GaN-Si durch die

Entwicklung und Produktion

auf 8-Zoll-Wafern in einer Siliziumfabrik

mit voller Kompatibilität

zu anderen Siliziumwafern

ausschöpfen. Darüber hinaus

ermöglicht diese Kompatibilität

die Nutzung aller modernen

8-Zoll-Produktionsanlagen und

-prozesse, die in der Siliziumwelt

verfügbar sind – mit all ihren

Vorteilen wie Integrationsfähigkeit,

Leistung, Ausbeute und Lie-

MTTF von GaN-Si-Transistoren: Mediane Zeit bis zum Ausfall

32 hf-praxis 11/2022


5G/6G und IoT

IDQ-Drift vs. Zeit

ferkette. Mit Blick auf künftige

Trends, bei denen die Integration

stärker in den Vordergrund rückt

und der Übergang zu komplexeren

MMICs üblich wird, sind

die Kosten einer siliziumbasierten

Technologie unschlagbar.

GaN-Si-

Leistungsverstärkermodule

Mit siliziumbasierten Technologien

können insbesondere Leistungsverstärkermodule

(PAM)

kosteneffizient hergestellt werden.

Dabei muss insbesondere

auf dynamische Spitzenausgangsleistung,

PAE bei nominaler

HF-Betriebsleistung und

eine einfache Linearisierung des

Leistungsverstärkers sowohl für

FDD- als auch für TDD-Modi

geachtet werden. In letzter Zeit

wird bei aktiven Antennensystemen

(AAS) zunehmend die

HF-Leistung pro Antennenelement

erhöht. Dadurch steigen

die Anforderungen an die lineare

Nennausgangsleistung von Leistungsverstärkermodulen

von 3

auf 8 bzw. 12 W und möglicherweise

darüber hinaus.

Gleichzeitig wird durch die Skalierung

der Frequenz und der

Antennengruppe die Größe der

PAMs eingeschränkt, damit sie

in die aktive Antennengruppe

auf der Kundenplatine passen

und die damit verbundenen

Gesamtkosten des Systems reduziert

werden können. Mit Blick

auf diese Anforderungen ist die

GaN-Technologie gut geeignet,

um den kompakten Formfaktor

von den PAMs beizubehalten

und gleichzeitig den damit verbundenen

höheren Sperrschichttemperaturen

standzuhalten.

Trends und Herausforderungen

Mit zunehmender HF-Sendeleistung

wird das Problem des

Wärme-Managements immer

deutlicher. Bei mMIMO-AAS

muss darum auf einige Faktoren

geachtet werden: Systemüberhitzung,

die zu einer drastischen

Verschlechterung der Komponentenleistung

und einer geringeren

langfristigen Zuverlässigkeit

führt, höhere Betriebskosten

aufgrund einer geringeren Energieeffizienz

und passive Wärmeabfuhr

aus der Basisstation.

Diskrete FEM-Lösungen

könnten zwar ein besseres Wärmemanagement

bieten, würden

aber bei größeren Antennenarrays

zu Engpässen bei der

Stücklistengröße und der Leiterplattenfläche

führen, was einen

erheblichen Entwicklungs- und

Optimierungsaufwand aufseiten

des Systemintegrators erfordert.

Die Kontrolle der Chip-Dicke,

die Anwendung geeigneter Chip-

Befestigungstechniken und eine

qualitativ hochwertige Lötung

des PAM auf der Kundenleiterplatte

spielen eine wesentliche

Rolle bei der Wärmeabfuhr aus

dem PAM. Die GaN-Si-basierten

PAM-Produkte von Infineon

weisen eine temperaturabhän-

gige Verstärkung von -0,02 dB/K

auf. Das ist mit den Werten vergleichbar,

die in GaN-SiC- und

LDMOS-HF-PAs erreicht werden.

Die stabile Leistung über

die Temperatur führt zu einer

geringeren erforderlichen Designmarge

und einer höheren PAE.

Zwei weitere Markttrends, die

stark in Richtung integrierter

PAM-Lösungen auf GaN weisen,

sind die steigende Nachfrage

nach größeren Bandbreiten

und die Frequenzskalierung

über 5GHz. In beiden Fällen

kann die Integration von MMICs

(Monolithic Microwave Integrated

Circuit) erhebliche Vorteile

bringen, nicht nur bei der

Einhaltung der Leistungsspezifikationen,

sondern auch bei

der Überwindung von Designbeschränkungen.

Dazu gehören

parasitäre Effekte durch die Kaskadierung

diskreter Komponenten,

Transistor-Nichtidealitäten

sowie Bonddrähte, die typischerweise

zu einer geringeren

Bandbreite und einer schlechteren

Energieeffizienz führen.

Die GaN-Si-Technologie von

Infineon ermöglicht es, MMICs

zu integrieren.

Zusammenfassung

Pout-Drift vs. Zeit

Die moderne Realisierung einer

GaN-auf-Silizium-HF-Technologie

zielt auf drahtlose Infrastruktur-Anwendungen

ab und

verbessert das Kosten-Nutzen-

Verhältnis von GaN. Nach vielen

Jahren der GaN-Si-Entwicklung

in der Industrie schöpft die

Technologie endlich ihr volles

Potenzial aus, mit einem Wirkungsgrad,

der dem von GaN-

SiC entspricht, und Kosten, die

auf der modernen Siliziumverarbeitung

basieren. Es hat sich

gezeigt, dass GaN-Si die hohen

Anforderungen moderner drahtloser

Kommunikationssysteme

an Effizienz, Linearisierung und

Leistungsdichte erfüllen kann.

In Zukunft könnten sogar noch

höhere Frequenzen und höhere

Leistungen erreicht werden, was

zahlreiche neue Anwendungsbereiche

über die drahtlose Infrastruktur

hinaus ermöglichen

würde.

Quellen

[1] Nicola Jones: How to stop

data centres from gobbling up

the world’s electricity Nature

561, 163-166 (2018) doi: https://

doi.org/10.1038/d41586-018-

06610-y

[2] 5G Power white Paper

https://carrier.huawei.com/~/

media/CNBG/Downloads/

Spotlight/5g/5G-Power-White-

Paper-en.pdf

[3] T. Detzel, A. Charles, G.

Deboy, O. Haeberlen and T.

McDonald: The Commercialization

of GaN Power

Devices: Value Proposition,

Manufacturing, and Reliability,

2019 Compound Semiconductor

Week (CSW), 2019,

pp. 1-1, doi: 10.1109/ICI-

PRM.2019.8819303 ◄

hf-praxis 11/2022 33


5G/6G und IoT

6G: Allgemeines in Frage und Antwort (1)

Rund um die Mobilfunkgeneration 6G

Die nächste Generation des Mobilfunks soll enorme Verbesserungen bei der Bandbreitennutzung,

der Datenübertragung und den Anwendungsmöglichkeiten mit sich bringen.

Der Autor:

Roger Nichols, der 6G

Program Manager von

Keysight, beantwortet aktuelle

Fragen zu 6G, um auf der

Führungsrolle und dem

Fachwissen von Keysight

aufzubauen, die die Vision von

6G ermöglichen werden.

leicht gekürzt von FS

Es wird erwartet, dass 6G Downloads

mit annähernd einem Terabit

pro Sekunde, eine Latenzzeit

von einer Mikrosekunde und

unbegrenzte Bandbreite bieten

wird.

Was ist 6G?

Während die ursprünglichen

Visionen zuerst von der Network

2030 Focus Group der ITU

formuliert wurden, haben viele

kommerzielle Unternehmen und

Konsortien diese Arbeit erweitert.

Die übergeordneten Themen

sind gleichgeblieben:

• ein Schritt über 5G hinaus bei

der Integration von Kommunikation

und Datenverarbeitung,

sodass Network as a Service

(NaaS) und Compute as a Service

(CaaS) nahtlos ineinander

übergehen

lichkeiten genutzt werden, um

Berechnungen flexibel zwischen

Cloud/zentralisiert, Edge

und Client zu verteilen, um

sie je nach Anwendungsfall,

Geschäftsbereich und Umweltaspekten

zu optimieren.

• Verschmelzung von Kommunikation

und Datenverarbeitung

in Behörden, Unternehmen,

Gesundheitswesen und

Bildung nutzen

Fortschrittliche mobile Kommunikationsmittel

sind im Alltag

von weit über der Hälfte der

Weltbevölkerung allgegenwärtig.

Die Ausweitung auf neue

Anwendungsfälle hat bereits

begonnen. Dafür bedarf es nicht

nur der Technologie, sondern

auch ihre Aneignung – das benötigt

Zeit.

Es folgen einige Beispiele:

die Mischung aus Cyber- und

Präsenzunterricht ermöglichen,

um die Bildung zu optimieren

Das bedeutet, dass ein größerer

Teil der Kosten und des Fachwissens

zentralisiert und somit

leichter auf andere Orte verteilt

werden kann. Die Verschmelzung

von terrestrischen und

satellitengestützten Netzen hat

das Potenzial für eine bessere

globale Abdeckung. Der Einsatz

verteilter Datenverarbeitung

bedeutet, dass zentral getätigte

Investitionen für ein verteiltes

Publikum genutzt werden können.

Da die Zahl der Fernlehrgänge

weiter ansteigt, ebnet

6G den Weg für ein verbessertes

Engagement, eine bessere

Erreichbarkeit und Flexibilität

in Verbindung mit einer größeren

Verbreitung und geringeren

Latenzzeiten.

Keysight Technologies

www.keysight.com

Dies bedeutet, dass fortschrittliche

Kommunikationsmög-

• Bildungssysteme, die den

Transfer von Fachwissen und

• automatisiertes Management

der Lieferkette

34 hf-praxis 11/2022


5G/6G und IoT

www.acalbfi.de/5G

Die Nutzung von Kommunikation, Computern,

globalen Positionierungssystemen

und Fernüberwachung bedeutet, dass der

Transport von Waren und Dienstleistungen

effizienter und effektiver gestaltet werden

kann. Auch Künstliche Intelligenz kann

dazu beitragen.

• kooperative Robotik

Mit moderner Kommunikation und Standortinformationen

in Kombination mit fortschrittlicher

Sensorik und verteilter Datenverarbeitung

wird die mechanische Automatisierung

immer ausgefeilter. Autonome

Fahrzeuge mögen zwar wünschenswert sein,

aber der kooperative (und damit automatisierte,

nicht autonome) Transport könnte

eine noch effektivere Nutzung der heutigen

Verkehrstechnologie sein. Die kooperative

Robotik wird auch in der Fertigung, im Bauwesen,

im Bergbau und im Notfallmanagement

eine wichtige Rolle spielen.

• immersive Telepräsenz

Haptisch-holografische 3D-Kommunikation

geht weit über automatisierte Freundschaft

hinaus. Etwa Telekonferenzen mit automatischer

Sprachübersetzung in Echtzeit oder

die Verwendung eines haptischen Hologramms,

das mit einem digitalen Zwilling

und einem physischen System zu Schulungsoder

Fehlerbehebungszwecken integriert ist,

könnte man hier nennen.

Wie wird das möglich?

Dazu bedarf es einer Mischung aus Technologie,

Geschäftsmodell, Politik und sogar

gesellschaftlicher Interaktion. Die beteiligten

Technologien erfordern:

• Management wesentlich höherer Datenraten

– sowohl bei den kabellosen als auch

bei den drahtgebundenen Verbindungen

• weitere Schritte zur Verringerung der

Latenzzeit in der Kommunikation

• vorhersehbares Timing – also auch ein präzises

Senden und Empfangen von Informationen

an/von den betreffenden Orten

• noch mehr Kapazitäten in Form von

Anwendern/Geräten pro Quadratmeter

oder Volumen

• nahtlose Integration verschiedener Arten

von Netzwerken: drahtgebunden, Mikrowellen-Punkt-zu-Punkt,

terrestrischer

Mobilfunk, Satellit, WiFi, PAN (Bluetooth),

NFC usw.

• neue Software-Technologien für die verteilte

Datenverarbeitung (Cloud, Edge,

Client)

• Verbesserung der KI zur Kombination mit

der Datenverarbeitung

• erhebliche Verbesserungen der Cybersecurity

bei kabellosen Mobilfunksystemen

• wesentliche Verbesserungen bei Zuverlässigkeit

und Belastbarkeit des Netzwerks

• deutliche Verbesserungen der Ressourceneffizienz

des Systems

Welche Organisationen sind an der

Entwicklung beteiligt?

Die Organisationen, die sich mit 6G befassen,

sind bekannte, neue und einige, die

vielleicht ein wenig überraschen. Es handelt

sich um Wirtschaftsunternehmen, Forschungseinrichtungen

(akademisch, privat

und öffentlich), Regierungsorganisationen

und Industriekonsortien.

Zu den Technologieunternehmen, die bereits

eine große Rolle in der mobilen Kommunikation

spielen, gehören Komponentenund

Halbleiterlieferanten wie Qualcomm

und MTK, Geräte- und Netzausrüster wie

Nokia, Samsung, Ericsson und Huawei

sowie Mobilfunk-Netzbetreiber mit modernen

Forschungsgruppen wie Verizon, AT&T,

Telefonica, DOCOMO, CMCC oder Orange.

Die Virtualisierung des Netzwerks und die

Konvergenz mit dem Computing bedeuten,

dass sogenannte Hyperscaler, die bereits

große Wellen im Bereich 5G schlagen, auch

an frühen 6G-Konzepten arbeiten. Etwa

Google Cloud, AWS und Microsoft sind

hier engagiert.

Wie üblich sind auch hier Forschungseinrichtungen

stark engagiert, darunter

Universitäten auf der ganzen Welt mit

Forschungsprogrammen, die sich auf traditionelle

Technologien für Wireless-Materialien,

Halbleiter, Antennen, Glasfaseroptik

und digitale Signalverarbeitung sowie

kabellose Systeme konzentrieren. Private

Forschungseinrichtungen wie IMEC und

Fraunhofer sind ebenso aktiv wie ihre staatlichen

Pendants, z.B. NPL, NIST, NICT

und CEA-LETI.

Newcomer nutzen bei Cybersicherheit, KI

und Robotik ihre Chancen. Es gibt daneben

viele einflussreiche Industriekonsortien, die

sich mit 6G beschäftigen. Die vielleicht

interessanteste Facette ist die starke Beteiligung

von Regierungen und regierungsnahen

Organisationen in Kombination mit

Gruppen, deren Ziele speziell auf die Verbesserung

des Beitrags, des Ansehens und

des damit verbundenen Geschäftsbeitrags

aus regionaler oder nationaler Sicht ausgerichtet

sind (Behörden wie ITU und FCC,

NextG Alliance in USA, 6GIA in der EU,

Beyond 5G Promotion Group, Japan oder

FutureForum/IMT-2030, China).

hf-praxis 11/2022 35

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5G/6G und IoT

Wie sieht der Zeitplan für die

6G-Spezifikationen aus?

Unter der Annahme, dass 3GPP

das De-facto-Spezifikationsgremium

für einen globalen Standard

bleibt, können wir davon

ausgehen, dass die ersten Arbeiten

an den 3GPP-Spezifikationen

um 2025 beginnen werden. Doch

ist 3GPP nicht das einzige Spezifikationsgremium,

das zu 6G

beitragen wird. Änderungen

werden von der IETF, mehreren

Teilen von ETSI und O-RAN

vorgenommen werden müssen.

Damit die Dinge standardisiert

werden können, muss viel Arbeit

geleistet werden.

Was sind die Vorteile von

6G-Netzwerken im Vergleich zu

5G und LTE?

4G LTE ist das erste kabellose

Mobilfunknetz, das nur Pakete

überträgt. Das bedeutet, dass es

keine „Leitungsvermittlung“ gibt

– dieser Begriff bezieht sich auf

die Reservierung und Zuweisung

eines Kommunikationskanals

an ein einzelnes Kommunikationspaar,

unabhängig davon, ob

ein Informationsfluss stattfindet.

Durch dynamische Verfahren

werden Kommunikationskanal-

Ressourcen nur solange zugewiesen,

wie sie benötigt werden.

Dadurch wird das gesamte Netz

wesentlich effizienter genutzt.

Mit 4G wurde somit ein mobiles

Internet möglich. 4G ist jedoch

eingeschränkt, da es für relativ

hohe Datenraten entworfen

wurde und hauptsächlich in der

Unterhaltung und Werbung eingesetzt

wird. Es lässt sich nicht

ohne Weiteres für die Kommunikation

von Maschine zu

Maschine skalieren, hat unvorhersehbare

und ziemlich lange

Latenzzeiten und ist bei niedrigen

Datenraten ineffizient.

5G wurde entworfen, um viel

schnellere Datenraten in einem

weiteren All-IP/Paketvermittlungsnetz

zu ermöglichen. Hier

sehen wir ein flexibles Design

des Netzwerks, höhere Zuverlässigkeit

und Widerstandsfähigkeit,

mehr Sicherheit und

Datenschutz, deutlich geringere

Latenzzeiten und eine flexible

Skalierung der Kapazität. Mit

zunehmender Reife von 5G wird

man den kabellosen Datenverkehr

daher viel intensiver nutzen.

Die Fortschritte von 6G gegenüber

5G werden natürlich auch

mehr Datenverarbeitungsfunktionen

umfassen. Jedoch auch

bei 6G wird eine viel tiefere

Integration in die alltägliche

Nutzung in der Gesellschaft

erwartet. 5G bedeutete den

Übergang von einem hardwareorientierten

Netzwerk zu einem

software-orientierten Netzwerk.

6G geht noch einen Schritt weiter

und ermöglicht Echtzeitanpassungen

und Programmierbarkeit

des kabellosen Netzwerks.

Das bedeutet mehr Echtzeitänderungen

von Fähigkeiten, die

nicht nur von einer Service-

Level-Vereinbarung zwischen

zwei Einheiten abhängen, sondern

eine Neuprogrammierung

des Netzwerks in Echtzeit auf

Sitzungsbasis.

Wie unterstützt 6G das

wachsende IoT?

Der Wert des IoT liegt nicht

nur in der Vernetzung, sondern

auch in der nutzbringenden und

sicheren Verwendung der daraus

resultierenden Daten. Die meisten

IoT-Systeme kommunizieren

nicht miteinander oder tauschen

Daten aus, um Wissen zu

nutzen. Ein für 6G erforderlicher

Fortschritt hat viel damit zu tun,

wie die Informationen im System

genutzt werden können.

Durch die Zusammenführung

von Sensorik, Kommunikation

und verteilten Berechnungen in

einem größeren programmierbaren

Netzwerk können wir die

Technologie auf umfassendere

Weise nutzen.

Wie müssen sich gesetzliche

Bestimmungen ändern?

Die regulatorischen Veränderungen

haben bereits begonnen.

Zu den offensichtlichen Beispielen

gehört die von der FCC

ins Leben gerufene Initiative

Spectrum Horizons (Link) zur

Erforschung neuer Frequenzbänder

für die Kommunikation.

Wir beobachten auch, dass die

Regierungen 6G in den rechtlichen

Rahmen der nationalen

Gesetze aufnehmen. Jedoch wird

noch viel mehr erforderlich oder

gewünscht sein bezüglich:

• Frequenzspektrum

Die Nachfrage nach Funkfrequenzen

wird anhalten, und

die Komplexität von Koexistenzfragen

und konkurrierenden

Bedürfnissen wird für

die Regulierungsbehörden nur

noch schwieriger werden. Es

sind mehr politische Maßnahmen

erforderlich, als einfach

nur neue Frequenzbänder für

die Kommunikation zu reservieren.

Wichtiger ist eine sinnvolle

gemeinsame Nutzung der

Frequenzen.

• physikalisches Netzwerk-

Layout

Die Standortwahl für Mobilfunkmasten

ist kostspielig und

rechtlich verwickelt. Die politischen

Entscheidungsträger werden

sich damit auseinandersetzen

müssen, um gute Netzwerke, ein

günstiges Geschäftsumfeld und

die Sicherheit der Bevölkerung

zu gewährleisten. Ein weiterer

großer Kostenfaktor sind Glasfaserverbindungen.

• Sicherheit

Die Politik hinkt fast immer der

technologischen Entwicklung

hinterher, bei Datenschutz und

Cybersicherheit mindestens ein

Jahrzehnt. Die Bedrohung der

Sicherheit und der Privatsphäre

geht weit über unerwünschte

Telefonunterbrechungen hinaus.

• Künstliche Intelligenz

Es muss eine Strategie für den

zunehmenden Einsatz von KI in

Kommunikationssystemen entwickelt

werden. Es handelt sich

um komplexe Fragen im Zusammenhang

mit dem Schutz der Privatsphäre,

der Meinungsfreiheit,

der Hasskriminalität, der Belästigung

und anderen Aspekten,

die mit der Entwicklung intelligenterer

und allgegenwärtigerer

Netzwerke kollidieren werden.

Alle politischen Entscheidungsträger

müssen sich eingehend

mit den Herausforderungen

befassen, die sich aus der intelligenten

Festlegung von Strategien

für die sichere Nutzung

von KI und der für den Nutzen

von Machine Learning erforderlichen

Daten ergeben.

Wie groß ist der Markt für

6G-Anwendungen?

Da erwartet wird, dass 6G einen

größeren Anteil an der gesellschaftlichen

Nutzung haben wird

als 5G, müssen die Geschäftsmöglichkeiten

für Anwendungen

deutlich größer sein.

Es ist unmöglich vorherzusagen,

welche Anwendungen die

„Killer“ sein werden – aber es

ist leicht vorherzusagen, dass sie

viel Datenaustausch und die Nutzung

dieser Daten auf innovative

Weise in erheblichem Umfang

beinhalten werden.

Wie profitieren

Einzelunternehmen?

Beispielsweise Keysight entwickelt

Tools für Design und

Messung von der Forschung

bis hin zu Fertigung, Einrichtung

und Betrieb und von der

Bitübertragungsschicht bis hin

zur Anwendungsschicht – einschließlich

Sicherheit, digitaler

Zwillinge und unserer eigenen

zunehmenden Nutzung von KI.

Angesichts der Tatsache, dass ein

solcher Prozess von der anfänglichen

Forschung bis zum allgemeinen

Betrieb fast zwei Jahrzehnte

dauern kann, bedeutet

das, dass Keysight sich auf die

folgenden Elemente konzentriert:

• frühzeitig mit Marktführern

zusammenarbeiten

• Bereitstellung von Tools, wenn

der Markt sie braucht

• Entwicklung von Lösungen

zum optimalen Zeitpunkt

• globale Perspektive

• umfassendes Knowhow

• gutausgestattetes Portfolio

• Anstreben der Technologieführerschaft

Teil 2 und Schluss im nächsten

Heft ◄

36 hf-praxis 11/2022


5G/6G und IoT

Erfolgreiche Demonstration eines Backhaul-Systems mithilfe von 5G

Die Kyocera Corp. und die Soft-

Bank Corp. führten zwischen

Januar und April 2022 Tests zur

Verifizierung eines Backhaul-Systems

unter Zuhilfenahme des der

SoftBank zugewiesenen 5G-Millimeterwellenbereichs

an den Basisstationen

von SoftBank durch,

die sich in Akiruno-Stadt, Tokio

befinden. Das innovative System

verwendete einen 5G-Millimeterwellenbereich,

um eine Backhaul-Verbindung

zwischen einer

Senderstation und einer Relaisknotenstation

herzustellen, die

den Zugangsbereich darstellen.

Die Senderstation war konform

entsprechend der Fronthaul-Spezifikationen

der O-RAN Alliance,

die mit dem Netzwerk verbunden

sind. Angesichts der Testergebnisse

der Demonstration geben Kyocera

und SoftBank nun bekannt,

dass sie stabile Kommunikationen

und Systemeffektivität erfolgreich

verifizieren konnten. Durch diese

Demonstration bestätigten Kyocera

und SoftBank, dass ein Backhaul-

System unter Verwendung eines

5G-Millimeterwellenbereichs zu

verkürzten Bauzeiten und Kosteneinsparungen

durch einen

effizienten Einsatz in Gegenden

beitragen kann, in denen die

Installierung von 5G-Netzwerken

aufgrund von Herausforderungen,

wie zum Beispiel der Topographie,

schwierig ist. Beide Unternehmen

haben ebenfalls bestätigt, dass die

5G-Millimeterwellentechnologie

eine neue Kommunikationsmöglichkeit

zwischen Basisstationen

und Terminals sein könnte.

Kyocera und SoftBank werden auch

weiterhin an Antworten auf Fragestellungen,

wie die Reduzierung

des Stromverbrauchs und der operativen

Automatisierung, forschen.

Beide Unternehmen werden ebenfalls

Systeme berücksichtigen, die

an den unterschiedlichen Bedarf in

Japan und Übersee angepasst werden

können.

■ Kyocera Europe GmbH

www.kyocera.de

■ SoftBank, Corp.

www.softbank.jp/en

Leuchtturmprojekt zur Förderung

von 6G in Deutschland

Das dreijährige Leuchtturmprojekt

6G-ANNA wurde vom

Bundesministerium für Bildung

und Forschung (BMBF)

ins Leben gerufen und wird von

Nokia geleitet. Ein Konsortium

aus 29 Unternehmen und Forschungseinrichtungen

soll die

Entwicklung, Standardisierung

und Implementierung der

sechsten Mobilfunkgeneration

(6G) vorantreiben. Rohde &

Schwarz trägt mit seiner bereits

umfassenden Forschung zu 6G

und verwandten Technologien

zu dem Projekt bei.

Das sollten Sie wissen: Das

deutsche Bundesministerium

für Bildung und Forschung

arbeitet bereits an Plänen für

die Gestaltung und Umsetzung

von 6G. Während der Aufbau

der 5G-Netze in Deutschland

weiterläuft, arbeitet das BMBF

bereits an Plänen für die Gestaltung

und Umsetzung von 6G.

Das neue Leuchtturmprojekt

6G-ANNA (6G Access, Network

of Networks and Automation)

ist Teil einer breiteren

Initiative zur Entwicklung

einer 6G-Plattform („Plattform

für zukünftige Kommunikationstechnologien

und 6G“).

6G-ANNA wurde am 1. Juli

2022 offiziell gestartet.

Das Projekt mit einem Zeitrahmen

von drei Jahren wird

von Nokia geleitet und vom

BMBF mit 38,4 Mio. Euro

finanziert. Rohde & Schwarz

ist dem Industriekonsortium

als Branchenpartner beigetreten.

Weiterhin beteiligen sich

an dem Konsortium etablierte

Unternehmen, wie Airbus,

Bosch, Ericsson, Siemens und

Vodafone, sowie innovative

Start-Ups, Forschungsinstitute

und renommierte Universitäten

daran.

Rohde & Schwarz ist seit der

frühen Phase eng in die Forschung

zu 5G-Nachfolgetechnologien

und 6G eingebunden

und unterstützt aktiv die laufende

Grundlagenforschung in

6G-Organisationen, Universitäten

und Forschungsinstituten

in Europa, den USA und Japan.

Das Unternehmen hat bereits

erhebliche Arbeit zu verschiedenen

Technologien geleistet,

die bei der Entwicklung von

6G eine wichtige Rolle spielen

dürften, wie z.B. (Sub-)

THz-Kommunikation, Joint

Communication and Sensing

(JCAS), Künstliche Intelligenz

(KI) und maschinelles Lernen

(ML) oder rekonfigurierbare

intelligente Oberflächen (RIS).

Die erste globale Spezifikation

von 6G wird innerhalb der

nächsten sechs bis acht Jahre

erwartet; mit der kommerziellen

Einführung der Technologie

ist um 2030 zu rechnen.

■ Rohde & Schwarz

GmbH & Co. KG

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hf-praxis 11/2022 37


5G/6G und IoT

Maximale Flexibilität für globalen Einsatz

Mit der FN990Axx-Serie erweiterte Telit

sein Portfolio um eine neue Generation

an 5G-Datenkarten mit ausschließlich

Sub-6-Technologie für LTE-, WCDMAund

GNSS-Support. Die Datenkarten

FN990A40 und FN990A28 überzeugen

mit nicht eigenständiger (NSA) LTE-5G

NR-Dualkonnektivität (EN-DC), dynamischer

gemeinsamer Nutzung des Spektrums

zwischen LTE und 5G und dem

vollständigen 5G NR-Standalone-Modus

(SA) entsprechend 3GPP Rel.16 und sind

für den weltweiten Einsatz gedacht. Dank

des M.2-Formfaktors ist die Serie für eine

Vielzahl an leistungsstarken und bandbreitenintensiven

Unternehmens- und Industrieanwendungen

geeignet. Dazu gehören

der drahtlose Festnetzzugang, Unternehmensrouter

und -gateways, CPE für den

Innen- und Außenbereich sowie professionelle

Rundfunk- und Überwachungsanwendungen.

Die FN990Axx-Serie sowie

weitere Telit-Produkte sind unter www.

rutronik24.com erhältlich.

Die Datenkarten arbeiten mit dem vollen

Funktionsumfang des Qualcomm Snapdragon

X65 (FN990A40) für den High-

Tier-Markt und Snapdragon X62 5G

Modem-RF Systems der vierten Generation

(FN990A28) für den Mid Tier-Markt.

Beide unterstützen die neuesten 5G-Implementierungen

sowie alle wichtigen Sub-

6-GHz-Frequenzbänder und bieten Anwendern

damit maximale Flexibilität bei der

Bereitstellung zukunftssicherer Applikationen

mit den sofort nutzbaren Vorteilen

von 5G und Gigabit-LTE.

Die Datenkarten unterstützen sowohl PCIe

Gen 3 als auch für USB 3.1 Gen 2 für maximale

Flexibilität beim Anwendungsdesign.

Zudem sorgt ein dedizierter bzw. gemeinsam

genutzter (umschaltbarer) RF-Pfad/

Verbindung für GNSS L1 für eine umfassende

Flexibilität in der Designphase und

geringe Verluste, wenn hohe Empfindlichkeit

erforderlich ist. Die Option günstigere,

passive Antennen zu verwenden und so

die Gesamtkosten einer Applikation zu

senken, ermöglicht ein interner GNSS L1

Low Noise Amplifier.

Weitere Vorteile:

• 4G Cat 20 bis zu 7 CA für FN990A40;

4G Cat 19 bis zu 5 CA für FN990A28

• Unterstützung von Intraband- und Interband-UL-CA

in 4G-Netzen für eine

bessere Durchsatzleistung bei Uplinkzentrierten

Anwendungen wie Überwachungskameras

und 4K/8K-Video-

Streaming

• 3G HSPA+ Rel. 8 für Fallback auf ältere

Netzwerke

■ Rutronik Elektronische Bauelemente

GmbH

www.rutronik.com

Kooperation bei 6G-JCAS-Forschung und früher Validierung

Das China Mobile Research

Institute und Rohde & Schwarz

arbeiten gemeinsam an der Forschung

und Validierung von

Joint Communication and Sensing

(JCAS). Im Rahmen der Kooperation

wird der neueste R&S

AREG800A Automotive Radar

Echo Generator von Rohde &

Schwarz als Objektsimulator in

einer JCAS-Testlösung eingesetzt,

um die JCAS-Forschung

und Entwicklung zu beschleunigen

und den Weg zur industriellen

Nutzung zu ebnen.

JCAS-Testlösung, basierend

auf dem R&S AREG800A als

Objektsimulator

Mit 6G sind zahlreiche neue

Ziele und entsprechend hohe

Anforderungen verbunden. Um

diese zu erfüllen, wurden mehrere

neue Technologien ins Spiel

gebracht, die nun in der 6G-Forschung

verwendet werden.

Joint Communication and Sensing

(JCAS) basiert auf den

Anforderungen von 6G an die

Umgebungserfassung und hat

sich in der Mobilfunkbranche

zu einem wichtigen Technologiekandidaten

entwickelt. Die

Technologie konzentriert sich

auf die Erfüllung der nativen

JCAS-Designanforderungen

mit Mehrsignal-Designs und/

oder Hardware-Sharing. Mittels

JCAS können die Richtung,

Entfernung und Geschwindigkeit

während des Informationsaustauschs

erfasst werden. Weitere

Funktionen sind die Erkennung,

Verfolgung, Identifikation und

Bilderzeugung für Zielgeräte,

Ereignisse oder Umgebungen,

um eine Verbindung der Kommunikations-

und Erfassungsgeräte

zu ermöglichen und die

Gesamtleistung des Systems zu

verbessern.

Mehrere

Zukunftstechnologien im

Visier

Das China Mobile Research

Institute nimmt bei mehreren

Zukunftstechnologien eine führende

Rolle ein und engagiert

sich langfristig für die Erforschung

neuer 6G-Technologien,

38 hf-praxis 11/2022


5G/6G und IoT

die Entwicklung von Prototypen

und die Verifizierung von Technologien.

Rohde & Schwarz hat

sich seinerseits bereits frühzeitig

aktiv an nationalen und internationalen

6G-Forschungsprojekten

und -einrichtungen sowie der

Entwicklung entsprechender

Testlösungen beteiligt.

Bei der Forschung und Validierung

von JCAS arbeiten beide

Parteien zusammen und können

bereits auf mehrere Erfolge

verweisen. Das China Mobile

Research Institute und Rohde

& Schwarz haben kürzlich eine

JCAS-Testlösung entwickelt,

die auf dem neuesten R&S

AREG800A als Objektsimulator

basiert. Diese Lösung kann

die Entfernung, den Winkel, die

Geschwindigkeit und andere

Parameter eines Zielobjekts

simulieren, um die Fähigkeit

eines zu prüfenden Systems zur

präzisen Zielobjektlokalisierung

zu verifizieren. Die Lösung ermöglicht

zuverlässige und wiederholbare

Tests im Labor und

soll so die Forschung und Entwicklung

von JCAS beschleunigen

und den Weg zur industriellen

Nutzung ebnen.

Derzeit basieren die meisten

industriellen Technologien,

die zur Validierung und Prüfung

von Erfassungsfähigkeiten

eingesetzt werden, auf realen

Objekten in unflexiblen Umgebungen,

die nur relativ wenige

Testszenarien unterstützen. Der

R&S AREG800A ist der neueste

Simulator von Rohde & Schwarz

zur Erzeugung von künstlichen

Objekten und kann mehrere

dynamische Ziele mit unterschiedlichen

Entfernungen, Größen,

Radialgeschwindigkeiten

und Winkelrichtungen generieren.

Der R&S AREG800A kann

mehrere Zielobjekte simulieren,

indem die Anzahl der Frontends

entsprechend erhöht wird. Verschiedene

Frequenzumformermodule

ermöglichen JCAS-Tests

in den jeweiligen Frequenzbändern.

Statements

Dr. Liu Guangyi, leitender

Experte der China Mobile

Communications Corporation,

erklärt: „Zielsetzung von 6G

ist die Entwicklung leistungsfähigerer

Mobilfunknetze, um

die Vision digitaler Zwillinge

und allgegenwärtiger Intelligenz

zu realisieren. Zwingende

Voraussetzung hierfür sind die

konsequente Zusammenarbeit

und Innovation innerhalb der

Branche. Wir freuen uns daher,

dass das 6G-Team des China

Mobile Research Institute und

Rohde & Schwarz gemeinsam

an JCAS arbeiten können. Es ist

uns ein Anliegen, diese Zusammenarbeit

weiter zu vertiefen,

um uns über relevante Szenarien,

Anforderungen und Schlüsseltechnologien

abzustimmen und

eine solide Grundlage für die

künftige Standardisierung und

Industrialisierung zu schaffen.“

Hailiang Jin, Senior Director

Product and System bei Rohde &

Schwarz, fügt hinzu: „Wir freuen

uns über bahnbrechende 6G

JCAS-Ergebnisse in der Zusammenarbeit

zwischen Rohde &

Schwarz und dem China Mobile

Research Institute. Wir hoffen,

dass die Kooperation in Zukunft

in diesem Bereich zu weiteren

Durchbrüchen führt und eine

vollständige Validierung der

Fähigkeiten von 6G-Netzen

zur sensorischen Erfassung der

physischen Welt ermöglichen

wird. Wir hoffen außerdem, dass

wir auch bei anderen wichtigen

6G-Technologien zusammenarbeiten

und die Entwicklung

von 6G maßgeblich vorantreiben

können.“

■ Rohde & Schwarz

GmbH & Co. KG

www.rohde-schwarz.com

hf-praxis 11/2022 39


5G/6G und IoT

Ohne Smart Connectivity keine Smart Mobility

Mit der CyBox RT 3-W bringt ELTEC Elektronik den ersten 5G und WiFi 5 Wave 2 Router für die Highspeed-

Kommunikation im Bahnbereich auf den Markt.

Fahrgast und somit auch das

gesamte Datenvolumen, das im

Zug anfällt, wird sich zukünftig

immens erhöhen. Deshalb werden

höchste Bandbreiten für

eine Vielzahl gleichzeitig stattfindender

Zugriffe auf Internetund

Netzwerk-Services benötigt.

Autor:

Johann Klamer

Produktmanager

ELTEC Elektronik AG

www.eltec.de

Die Verfügbarkeit stabiler und

sicherer Mobilfunk- und WLAN-

Dienste mit höchsten Bandbreiten

ist bei der Bahn unabdingbar

für eine hohe Kundenattraktivität.

Derzeit befinden

sich technische Lösungen für

das 5G-Netz in der praktischen

Erprobung. Es wird erwartet,

dass die Performance, die die

neue Infrastruktur bietet, bald

auch in der Praxis Realität wird.

Optimierung der Netzabdeckung

Aktuell gibt es Bestrebungen,

die Netzabdeckung entlang der

Bahnstrecken zu optimieren,

denn die Anzahl der WLAN-

Nutzer und WLAN-fähiger

Geräte wächst ständig und

zugleich erwartet jeder Reisende

immer höhere Bandbreiten.

Somit wird eine leistungsfähigere

Infrastruktur entlang

der Schiene, aber auch bei der

Verbindung zwischen Zug und

Land benötigt. Im Zug selbst

werden zunehmend Small-Cell-

Lösungen realisiert – kleine Zellen

mit einer begrenzten Anzahl

an Nutzern, was wiederum zu

einer größeren Anzahl an Access

Points pro Zugwagen führt.

Bahnbetreiber reagieren deshalb

mit neuer Technik in und

auf den Zügen, um die WLAN-

Versorgung zu verbessern. Hierbei

kommt es nicht nur auf die

Anzahl zusätzlicher Access

Points bzw. Router an, sondern

auch auf die Leistungsausprägung

der Geräte. Die digitalen

Netzwerklösungen von ELTEC

können hier punkten. Sie umfassen

Komponenten für die Kommunikation

zwischen Fahrzeug

und Land, ermöglichen stabile

und sichere Internet-Zugänge,

Passagier-Infotainment in Echtzeit

und bieten Schnittstellen

zur Infrastruktur für die vorausschauende

Wartung und das Flotten-Management.

Zunahme an datenintensiven

Internet-Zugriffen

Um für die zukünftigen Anforderungen

gerüstet zu sein,

kommt die Bahn nicht umhin,

5G- und WiFi-6-Technologie

einzusetzen. Davon profitiert

nicht nur die WLAN-Innenversorgung,

sondern auch die

Zug-Land-Kommunikation.

Denn der Datenverkehr pro

Die WLAN-Standards IEEE

802.11ac Wave 2 sowie IEEE

802.11ax ermöglichen es mehr

Geräten denn je, eine Verbindung

aufzubauen, ohne dabei

an Geschwindigkeit einzubüßen

oder die Zuverlässigkeit zu

beeinträchtigen. Kurze Übertragungszeiten

und eine hohe

Dienstgüte (Quality of Service,

QoS) der 5G-Technologie

sichern die Echtzeitfähigkeit,

wie sie auch für sicherheitsund

zeitkritische Anwendungen,

zum Beispiel für das autonome

Fahren, benötigt wird.

Voraussetzungen für stabile und

sichere WLAN-Versorgung

Die Bahn stellt andere Anforderungen

als die Industrie an

Smart-Connectivity-Komponenten:

Die DIN EN 50155

(bzw. ihre internationale Entsprechung

IEC 60571) ist bei

elektronischen Einrichtungen

auf und in Bahnfahrzeugen

anzuwenden – erst dann sind

die Produkte „bahntauglich“.

Die bahnzertifizierten Produkte

von ELTEC ermöglichen WLAN

im Zug, den Austausch und die

Speicherung von Infotainment-

Inhalten und Betriebsdaten per

Zug-Land-Verbindung sowie

die Realisierung von kabellosen

Backbone-Netzen über Wagons

hinweg zur Aufrüstung in Retrofit-Programmen.

ELTEC entwickelt

anwendungsorientierte

Systemlösungen auf Basis innovativer

Hardware und Software

für leistungsfähige Lösungen

rund um die smarte Mobilität

und Konnektivität. Der Anwendungsfokus

liegt dabei auf dem

Schienen- und Straßenverkehr.

Das Produktportfolio umfasst

40 hf-praxis 11/2022


5G/6G und IoT

ELTEC Elektronik hat mit der CyBox RT 3-W einen neuen robusten, wartungsfreien und nach EN 50155 zertifizierten Router für Anwendungen in der

Bahntechnik entwickelt

u.a. Wireless Access Points,

Router und Gateways, Datenlogger,

Ethernet Switches und

I/O-Module.

Das Unternehmen bietet mit der

CyBox RT 3-W einen 5G-High-

Speed-Router mit kombiniertem

WiFi 5 Wave 2 Interface an. In

Kombination mit dem Wireless

5G-Gateway CyBox GW 2-P

steht der Bahntechnik damit eine

der modernsten Lösungen für

die 5G-Technologie zur Verfügung.

Das Wireless 5G Gateway

CyBox GW 2-P bietet vier Slots

für verschiedene 5G/LTE- und

WLAN-Modul-Kombinationen

und eine integrierte SSD zum

Speichern von Medieninhalten.

Erster 5G-Highspeed-Router mit

kombiniertem WiFi 5 Wave 2

Interface

ELTEC hat mit der CyBox RT

3-W einen neuen robusten, wartungsfreien

und nach EN 50155

zertifizierten Router für Anwendungen

in der Bahntechnik entwickelt.

Dieser ist speziell für

die 5G-Kommunikation und

somit für Highspeed-Internet-

Anwendungen im Mobilfunkstandard

der Zukunft konzipiert.

Das Gerät bietet zuverlässige,

sichere und breitbandige 5Gund

LTE-Verbindungen, damit

Fahrgäste Informationen und

Entertainment-Inhalte schneller

herunterladen, austauschen und

speichern können.

Der 5G-High-Speed-Router

unterstützt 5G mit bis zu 2,4

Gbit/s im Download und 500

Mbit/s im Upload oder LTE

Cat 18 mit bis zu 1,2 Gbit/s im

Download und 225 Mbit/s im

Upload. Beim Einsatz von zwei

5G-Modulen im Parallelbetrieb

erhöht sich die Bandbreite sogar

auf bis zu 4,8 Gbit/s. Für einen

Multiprovider-Support mit der

besten Netzabdeckung und Least

Cost Routing verfügt das Gerät

über vier SIM-Sockets je 5G/

LTE-Interface.

Kurze Latenzzeiten und die

damit verbundene hohe Dienstgüte

sorgen unter Berücksichtigung

der funktionalen Sicherheit

für die Echtzeitfähigkeit

des Routers. Das integrierte

GNSS-Modul des 5G-Routers

erlaubt die genaue Positionsbestimmung.

Zweimal 5G oder einmal 5G +

Wave 2

Die CyBox RT 3-W verfügt

über zwei Sockets für Kommunikationsmodule,

die wahlweise

mit 5G, LTE Cat 18 oder Wave

2 bestückt werden können. Die

parallele Nutzung von zwei

5G-Kanälen ermöglicht einen

maximalen Datendurchsatz von

4,8 Gbit/s. Alternativ dazu kann

eine Wave-2-Schnittstelle mit

einer 5G-Schnittstelle kombiniert

werden, um die Funkdaten

im Zug effizient über WLAN an

die Endgeräte zu verteilen.

Dank der optionalen Wave 2

Schnittstelle mit 4x4 Multi-

User-MIMO kann der Router

gleichzeitig an eine Vielzahl

von Clients Daten mit bis zu

1733 Mbit/s übertragen. Ein

für die Netzwerkkommunikation

optimierter Dual-Core-Prozessor

bietet dafür ausreichend

Leistungsreserven. Die konfigurierbare

zustandsorientierte

Firewall, die Multilevel-Client-

Isolation als zusätzlicher Schutz

gegen Hacker und die hardwarebeschleunigte

Verschlüsselung

nach aktuellen Standards sorgen

für bestmögliche Sicherheit bei

der Kommunikation.

Ausfallsichere Connectivity in

der Daisy-Chain

Die CyBox RT 3-W bietet verschiedene

Möglichkeiten für die

Spannungsversorgung: entweder

über das integrierte bahnkonforme

Weitbereichsnetzteil

oder die PoE+ Schnittstelle

gemäß IEE 802.3at (Klasse 4).

Besonders vorteilhaft sind integrierte

Bypass-Relais, die beim

Ausfall eines Routers den laufenden

Daisy-Chain-Betrieb

sicherstellen.

Daisy-Chaining wird per Software

durch zwei als Bridge

geschaltete Ethernet-Schnittstellen

ermöglicht, wodurch

vor allem bei langen Backbone-Entfernungen

die Kosten

für externe Switches entfallen.

Eine Ethernet-Verkettung von

mehreren CyBox-Routern mit

Bypass-Relais bietet selbst dann

eine zuverlässige High-Speed-

Verbindung, wenn ein Router

abgeschaltet wird. Zudem ist

Daisy-Chaining insbesondere bei

Nachrüstungen ein erheblicher

Faktor für Kosteneinsparungen,

da der Verkabelungsaufwand

extrem gering ausfällt.

Die CyBox RT 3-W kann webbasiert

über eine Benutzeroberfläche

verwaltet werden. Access-

Point- und Router-Konfigurationen

sowie das Management

der Firmware lassen sich somit

einfach und komfortabel über ein

Anmeldefenster aus der Ferne

vornehmen; das betrifft sowohl

die globalen Setup-Parameter

als auch die Konfiguration der

Funk-Schnittstellen einschließlich

der Provider-Informationen

sowie der Stateful-Firewall und

vielen weiteren Funktionen. ◄

Das Wireless 5G Gateway CyBox GW 2-P bietet vier Slots für verschiedene 5G/

LTE- und WLAN-Modul-Kombinationen und eine integrierte SSD zum Speichern

von Medieninhalten

hf-praxis 11/2022 41


Messtechnik

Bausteine für 6G

Der 6G-Mobilfunk soll ab 2030 Anwendungen der Künstlichen Intelligenz, Virtuellen Realität und des Internets

der Dinge den Weg in den Alltag bahnen.

E-Band-Sender mit GaN-Modul, 3D-gedruckter Antenne und Rotman-Linse

© Fraunhofer HHI

Dafür wird ein wesentlich

höheres Leistungsvermögen als

das des aktuellen 5G-Mobilfunkstandards

benötigt, was neue

Hardware-Lösungen erfordert.

So präsentierte das Fraunhofer

IAF daher ein gemeinsam mit

dem Fraunhofer HHI entwickeltes

energieeffizientes Sendemodul

auf GaN-Basis für die

6G-relevanten Frequenzbereiche

oberhalb von 70 GHz. Die hohe

Leistungsfähigkeit des Moduls

wurde bereits demonstriert.

Hochgeschwindigkeitsvernetzung

Selbstfahrende Autos, Telemedizin,

automatisierte Fabriken

– solche vielversprechenden

Zukunftsanwendungen in den

Bereichen Verkehr, Gesundheit

und Industrie sind auf eine

Informations- und Kommunikationstechnik

angewiesen, die den

Leistungsrahmen des aktuellen

Fraunhofer-Institut für

Angewandte Festkörperphysik

IAF

www.iaf.fraunhofer.de

E-Band-Modul auf GaN-Basis für

breitbandige Punkt-zu-Punkt-

Datenverbindungen über große

Entfernungen im 6G-Mobilfunk

© Fraunhofer IAF

Mobilfunkstandards der fünften

Generation (5G) übersteigt.

Der 6G-Mobilfunk, mit dessen

Einführung ab 2030 gerechnet

wird, verspricht eine Hochgeschwindigkeitsvernetzung

für

die zukünftig benötigten Datenmengen,

da er Datenraten über

1 Tbit/s und Latenzen bis hinab

zu 100 µs erreichen kann.

Hochfrequenzbauelemente

An den für den 6G-Mobilfunk

benötigten neuartigen Hochfrequenzbauelementen

haben das

Fraunhofer-Institut für Angewandte

Festkörperphysik IAF

und das Fraunhofer-Institut für

Nachrichtentechnik, Heinrich-

Hertz-Institut, HHI im Rahmen

des von der Fraunhofer-Gesellschaft

geförderten Projekts

KONFEKT (Komponenten für

die 6G-Kommunikation) seit

2019 gearbeitet. Die Forschenden

haben Sendemodule auf

Basis des Leistungshalbleiters

Galliumnitrid (GaN) entwickelt,

mit denen erstmals in dieser

Technologie die Frequenzbereiche

um 80 GHz (E-Band) und

140 GHz (D-Band) erschlossen

werden können. Der Fachöffentlichkeit

wurde das innovative

E-Band-Sendemodul,

dessen Leistungsfähigkeit vom

Fraunhofer HHI bereits erfolgreich

getestet wurde, auf der

European Microwave Week

(EuMW) in Mailand präsentiert.

Innovative Hardware

„6G erfordert wegen der hohen

Ansprüche an Leistung und

Effizienz neuartige Hardware“,

erklärt Dr. Michael Mikulla vom

Fraunhofer IAF, der das Projekt

E-Band-Empfänger im Outdoor-

Übertragungsexperiment bei 85 GHz

© Fraunhofer HHI

KONFEKT koordiniert: „Komponenten

auf dem aktuellen

Stand der Technik kommen da

an ihre Grenzen. Das betrifft

insbesondere die zugrundeliegende

Halbleitertechnologie

und die Aufbau- wie Antennentechnik.

Um in den Kategorien

Ausgangsleistung, Bandbreite

und Leistungseffizienz bessere

Ergebnisse zu erzielen, benutzen

wir für unser Modul beispielsweise

monolithisch integrierte

Mikrowellenschaltungen

auf GaN-Basis statt der aktuell

gängigen Siliziumschaltungen.

GaN kann als Halbleiter mit

großem Bandabstand höhere

Spannungen verarbeiten und

ermöglicht zugleich deutlich

verlustärmere und kompaktere

Bauelemente. Außerdem verzichten

wir auf Oberflächenmontage

und planare Aufbaustrukturen,

um eine verlustärmere

Strahlformungsarchitektur mit

Hohlleitern und inhärenter Parallelschaltung

zu konstruieren.“

Gedruckte Hohlleiter

Das Fraunhofer HHI ist ferner

intensiv an der Evaluation

3D-gedruckter Hohlleiter

beteiligt. Mehrere Komponenten,

darunter Leistungsteiler,

Antennen und Antennenzuleiter,

wurden im SLM-Verfahren

(Selective Laser Melting, selektives

Laserschmelzen) konstruiert,

gefertigt und charakterisiert.

Durch dieses Verfahren

ist es auch möglich, schnell und

kostengünstig Komponenten

zu fertigen, die mit herkömmlichen

Verfahren nicht herzustellen

sind, um so den Weg für

die Entwicklung von 6G-Technologie

zu ebnen.

Hochleistungsfähige

Sendemodule

Das E-Band-Modul erreicht

durch die Kopplung der Sendeleistung

von vier Einzelmodulen

mit extrem verlustarmen

Hohlleiterkomponenten eine

42 hf-praxis 11/2022


Messtechnik

KI-gesteuerte Tests von 5G-Smartphones

Anwendungen wie Facebook Messenger,

Microsoft Teams, Snapchat, TikTok und

Zoom zugreifen, eine bessere Qualität der

Erfahrung (QoE) zu bieten.

Keysight Technologies stellt Erweiterungen

für die Nemo Device Application

Test Suite des Unternehmens vor. Diese

softwarezentrierte Lösung nutzt Automatisierung

und künstliche Intelligenz (KI),

um Wireless-Service-Provider und Anwendungsentwickler

in die Lage zu versetzen,

die Bewertung der realen Interaktionen

von Smartphone-Anwendern mit nativen

Anwendungen zu beschleunigen.

In den letzten Jahren hat die Nutzung

mobiler Apps für den Zugriff auf digitale

Inhalte, das Engagement auf Social-

Media-Plattformen und die Teilnahme an

Online-Spielen weltweit stark zugenommen.

Da native mobile Apps im Vergleich

zu mobilen Webbrowsern ein optimales

und individuelles Erlebnis bieten, treibt

die Nutzung mobiler Anwendungen dieses

Wachstum voran.

Keysight nutzte KI, Machine Learning

(ML) und Automatisierung unter Verwendung

von Daten, die von einer nativen

mobilen App erfasst wurden (nicht von

simuliertem Datenverkehr), um die neue

Gerätetest-App-Methode zu entwickeln.

Dadurch wird eine genauere Bewertung

der Interaktion eines Anwenders mit der

gleichen mobilen App ermöglicht. Die

neue Methode zur Automatisierung von

Anwendungstests ermöglicht es Wireless-Service-Providern,

die Leistung des

5G-Netzwerks schnell zu optimieren

und Anwendern von Smartphones, die

auf einige der weltweit am häufigsten

genutzten OTT-Dienste und Social-Media-

Die neue automatisierte Test-App-Methode

ist eine von drei ergänzenden Testmethoden,

die innerhalb der Nemo Device

Application Testing Suite von Keysight

verfügbar sind. Je nach Art der mobilen

Anwendung und den wichtigsten Leistungsindikatoren

(KPIs) wird eine spezifische

Testmethode in Kombination mit

einer begleitenden Nemo-Feldtestlösung

verwendet. Anwender der Nemo Testing

Suite erhalten eine umfassende, realistische

und flexible Validierung der Leistung des

5G-Netzwerks und eine Bewertung der

Endnutzer-QoE.

Die Nemo Test Tools von Keysight erfassen

reale Messdaten im Feld zur Echtzeitoder

Post-Process-Analyse. Zu diesen

Test Tools gehören: Nemo Outdoor 5G

NR Drive Test Solution, Nemo Backpack

Pro 5G In-Building Benchmarking

Solution und Nemo Network Benchmarking

Solution.

■ Keysight Technologies

www.keysight.com

lineare Ausgangsleistung von

1 W im Frequenzbereich von

81 bis 86 GHz. Damit ist es für

breitbandige Punkt-zu-Punkt-

Datenverbindungen über große

Entfernungen geeignet, die eine

Schlüsselfähigkeit für zukünftige

6G-Architekturen darstellen.

Getestete Leistungsfähigkeit

Verschiedene Übertragungsexperimente

des Fraunhofer

HHI konnten die Leistungsfähigkeit

der gemeinsam entwickelten

Komponenten bereits

demonstrieren: In unterschiedlichen

Outdoor-Szenarien wurden

Signale, die den aktuellen

Entwicklungsspezifikationen

von 5G entsprechen (5G-NR

Release 16 der globalen Mobilfunkstandardisierungsorganisation

3GPP), bei 85 GHz mit einer

Bandbreite von 400 MHz übertragen.

Bei freier Sichtverbindung

konnten über eine Distanz

von 600 Metern Daten in einer

Quadratur-Amplituden-Modulation

mit 64 Symbolen (64-QAM)

erfolgreich übertragen werden,

was eine hohe Bandbreiteneffizienz

von 6 Bit/s/Hz gewährleistet.

Die Error Vector Magnitude

(EVM) des empfangenen

Signals lag dabei mit 24,43 dB

deutlich unterhalb des 3GPP-

Grenzwertes von -20,92 dB.

Bei durch Bäume und geparkte

Fahrzeuge behinderter Sichtverbindung

konnten 16QAM-modulierte

Daten erfolgreich über eine

Distanz von 150 Metern übertragen

werden. Auch bei einer

komplett blockierten Sichtverbindung

zwischen Sender und

Empfänger war es hier noch

möglich, Vierphasen-modulierte

Daten (Quaternary Phase-Shift

Keying, QPSK) mit einer Effizienz

von 2 Bit/s/Hz zu übertragen

und erfolgreich zu empfangen.

Der hohe Signal-Rauschabstand

von teilweise mehr als 20 dB in

allen Szenarien ist, besonders

in Anbetracht des Frequenzbereiches,

bemerkenswert und wird

nur durch die hohe Leistungsfähigkeit

der entwickelten Komponenten

möglich.

In einem zweiten Ansatz wurde

ein Sendemodul für den Frequenzbereich

um 140 GHz entwickelt,

das eine Ausgangsleistung

von mehr als 100 mW mit

einer extremen Bandbreite von

20 GHz kombiniert. Tests mit

diesem Modul stehen noch aus.

Beide Sendemodule sind ideale

Komponenten für die Entwicklung

und Erprobung von zukünftigen

6G-Systemen im Terahertz-

Frequenzbereich. ◄

Erfolgreicher Empfang von 64QAM-modulierten Daten bei einer Entfernung

von 600 Metern bei 85 GHz © Fraunhofer HHI

hf-praxis 11/2022 43


Messtechnik

ANZEIGE

5G-Test- und Messsysteme

Bei 5G steht neben Sprachtelefonie

und schneller Datenübertragung

auch die intermaschinelle

M2M-Kommunikation

(Maschine-Maschine)

für Anwendungen wie autonomes

Fahren im Mittelpunkt.

EMCO Elektronik hat sich

hierzu bereits breit aufgestellt.

Für allgemeine Anwendungen

• DVTest

Die geschirmten Boxen der

dbSAFE ARMOR-Serie sind

kostengünstige Lösungen

für OTA-Tests im mmWave-

Spektrum. Die fortschrittliche

Doppelwandtechnologie von

DVTEST und der daraus resultierende

hohe Isolationsgrad

machen sie zum Testen von

5G-Anwendungen wie Niederfrequenzgeräten

(unter 1 GHz),

LTE-AP, 5G-NR und mmWave

(FR1 und FR2).

• ETS Lindgren

ETS-Lindgren hat mit Dutzenden

von 5G-Installationen und über

10.000 kommerziellen Testund

Messprojekten weltweit die

EMCO Elektronik GmbH

info@emco-elektronik.de

www.emco-elektronik.de

Lösungen, um Testanforderungen

für 5G New Radio zu erfüllen.

• Exodus

Exodus Advanced Communications

ist ein Best-in-Class-SSPA-

Hersteller, der Produkte für die

Verarbeitung von Signalen mit

Frequenzen von 10 kHz bis

über 51 GHz liefert. Eine sehr

breite Palette an eigenständigen

Modulen, integrierten Verstärker-Chassis-Konfigurationen

und vollständig schlüsselfertigen

Systemen sorgt für Kundenzufriedenheit.

• Kapteos

Ultrakompakte metallfreie Feldsonden

für extrem hohe Felder

und diversifizierte Umgebungsbedingungen

vereinen sich unter

dem Label Kapteos. Geeignet für

Signale mit Frequenzen von 40

Hz bis 40 GHz und mit Feldstärken

bis 10 MV/m bzw. 4.7 Tesla.

• WavePro

WavePro ist ein Messsystem für

bis zu drei Feldsonden mit bis

100 m LWL-Länge. Dahinter

stehen schlüsselfertige Antennenmesssyssteme

für Nah- und

Fernfeld. Mit zum Teil patentierten

Lösungen und eigener

Software deckt WavePro den

Frequenzbereich von 300 MHz

bis 300 GHz ab. Kompakttesträume

mit Ruhezonen von 30

x 30 cm² bis zu 450 x 450 cm²,

sphärische Nahfeld-Antennenmesskabinen

und Anlagen für

Antennenmessungen bei Fahrzeugen

werden angeboten.

Die Welt der

5G-Komponenten

Diverse 5G-Komponenten wie

beispielsweise Oszillatoren,

Schalter, Verstärker, Dämpfungsglieder,

Antennen etc. für

Signale mit Frequenzen bis 90

GHz kann man anbieten:

• A-Info

A-Info kann verschiedene Hohlleiterkomponenten,

Antennen,

Anpassungen von Hornantennen

mit spezifischer Verstärkung und

eine Vielzahl von HF-Komponenten

liefern, die spezifischen Projektanforderungen

entsprechen.

Diese Produkte haben ein niedriges

SWR im Frequenzbereich

von 24 bis 50 GHz, wodurch

sie beliebte 5G-Bänder auf der

ganzen Welt abdecken können.

• EPX Microwave, Inc.

Von hier kommen ausgewählte

Schalter für 5G-Applikationen

mit erweitertem Frequenzbereich

auf 43 GHz. Alle 43- und

52-GHz-Produkte sind derzeit

kundenspezifisch: Spezifikationszeichnung,

Preise und Lieferzeit

auf Anfrage.

• RF-Lambda

Als führender Anbieter von HF-

Breitbandlösungen bietet RF-

Lambda eine breite Palette von

Highend-HF-Komponenten,

-Modulen und -Systemen an –

von HF-Leistungsverstärkern

und rauscharmen LNAs bis hin

zu HF-Schaltern, Phasenschiebern

und Dämpfungsgliedern.

Mit Mikroprozessor- und FPGA-

Kapazität in den Systemdesigns

werden die Produkte von RF-

Lambda häufig für Radarstationen,

Phased-Array-Systeme

und Breitband-Störsysteme

verwendet.

• Sensorview

Sensorview entwickelt und produziert

Antennen, Kabel- und

Steckverbinderlösungen für

Mikrowellen- und Millimeterwellensysteme

und bedient hier

speziell 5G-Anwendungen.

Durch die Integration interner

Materialtechnologien, die eine

hervorragende elektrische Performance

gegenüber Biegung

und Temperaturschwankungen

garantieren, zählen die Kabel

von Sensorview zu den besten

am Markt.

• Synergy Microwave

Anspruchsvolle, technisch

hochversierte Komponenten

für 5G-Applikationen werden

hier angeboten. Egal ob Antennentechnik,

HF-Messtechnik,

Aerospace, Broadcast oder

Forschung: Hochfrequenzkomponenten

finden überall ihre

Anwendung.

• JFW Industries

Geliefert werden programmierund

einstellbare Dämpfungsglieder,

Leistungsteiler, koaxiale

Schalter oder Abschlüsse

für das 5G-Wireless-Testing.

Man sieht: EMCO bietet Messsysteme

und Test-Equipment

für diverse 5G-Applikationen

bis hin zu Simulationslösungen.

Gerne beraten die EMCO-Spezialisten

Interessenten zur ihrer

kundenspezifischen 5G-Anforderung.

EMCO Elektronik ist

exklusiver Ansprechpartner

der aufgeführten Hersteller in

Deutschland, Österreich und der

Schweiz. ◄

44 hf-praxis 11/2022


Solid-State Amplifier

Selection Tips

for EMC Testing

Investigate the following parameters when selecting

a solid-state amplifier for EMC testing:

Class of Operation

Class A solid state amplifiers are the preferred

technology for EMC RI and CI testing. They are

favored for repeatability of test results compared

to Class AB and other types. Verify that the Class

A amplifier can tolerate load mismatches and

simultaneously remain operational, without

amplifier damage, foldback or shutdown.

Rated Output Power

Modulation (AM, FM, PM) Performance

Modulation of CW signal is required by RI and

CI test standards. Confirm that an amplifier can

reproduce modulation satisfactorily to your unique

application requirements.

To know more, talk to an AR applications engineer at

800.933.8181. AR offers over 100 amplifier models ranging

from 10 kHz – 50 GHz with power levels of 1 W – 100 kW to

meet your unique requirements. And as with all amplifiers

from AR, these are Built to Last

Also visit us at www.arworld.us.

Compare actual production power curve test

results, and avoid assuming rated power based

on model date sheet specifications.

Linearity & Harmonic Distortion

For repeatability of test results, seek amplifiers

with good linearity and low harmonic distortion.

Linearity should be less than ±1 dB (subject to your

application) and harmonics are preferred below

18 dBc.

ar rf/microwave instrumentation ar modular rf sunar ar europe

We’re with you all the way


Messtechnik

Echtzeit-Spektrumanalysatoren

Messungen im angegebenen Frequenzbereich

erlaubt. Die Hochleistungs

EMV-Probe-Sets sind

mit jedem Spektrumanalysator

oder Oszilloskop kompatibel und

ermöglichen punktgenaue Messungen

sowie die Lokalisierung

von Störquellen in einem extrem

großen Frequenzbereich.

Die Echtzeit-Spectrumanalysatoren der SPECTRAN V6 X Serie sind 8-GHz-USB-Spektrumanalysatoren mit dualem USB

True I/Q-Streaming von bis zu 245 MHz (IQ-Rate – via 2x USB) Echtzeitbandbreite. Sie bieten eine extrem kleine POI

(Probability of Intercept) von bis zu 10 ns und erfassen dadurch auch extrem kurze Signale

Halle A3 Stand 516

Aaronia AG

www.aaronia.com

www.aaronia.de

Die Aaronia AG präsentiert

auf der electronica in München

(Halle A3/Stand 516) Lösungen

und Produkte zur Spektrumanalyse

und EMV-Messungen. Neu

im Portfolio ist der SPECTRAN

V6 Echtzeit-UWB-Spektrumanalysator

mit 500 und 1000

MHz RTBW (real-time bandwith).

Darüber hinaus zeigt

das Unternehmen die weltweit

größte Auswahl an Messantennen

von 1 Hz bis 40 GHz,

Zubehör rund um EMV-Messungen

sowie leistungsstarke

Software zur Auswertung der

Messergebnisse.

Die Echtzeit-Spektrumanalyse

beschleunigt und vereinfacht

eine Vielzahl an Messaufgaben

sowie diverse Produktions- und

Forschungsprozesse. Die Echtzeit-Spektrumanalysatoren

der

SPECTRAN V6 X USB Reihe

sind speziell für Nah- und Fernfeldmessungen,

zum Messen und

Lokalisieren von Störstrahlungsquellen

oder zur Überwachung

von EMV-Problemen konzipiert.

Die Echtzeitbandbreite

von bis zu 500 MHz sowie die

Sweep-Geschwindigkeit von

>1000 GHz/s des neuen SPEC-

TRAN V6 ermöglicht EMV-

Messungen in Echtzeit. Selbst

extrem kurzzeitige Störsignale

können erfasst, lokalisiert und

somit deren Ursache ermittelt

bzw. beseitigt werden.

Antennen-Vollsortiment

Darüber hinaus zeigt der Spezialist

für EMV-Messungen sein

breites Produktportfolio unterschiedlichster

Antennen für die

verschiedensten Anforderungen.

Aufgrund der sehr hohen Genauigkeit

und mit über 300 W

Maximalleistung sind die Hyper-

LOG-EMI-Antennen sowohl für

Immunitätstests prädestiniert

als auch als Referenzantenne

für professionelle EMV- und

Pre-Compliance-Tests geeignet.

Mit der PowerLOG PRO EMI

Antennenserie stehen doppelt

polarisierte Hornantennen zur

Verfügung, welche das horizontale

und/oder vertikale Messen

ohne Neuarrangierung des Messaufbaus

ermöglicht.

Die handlichen EMV-Messantennen

der BicoLOG-Serie

haben eine radial-isotropische

Empfangscharakteristik, welche

präzise omnidirektionale

Leistungsstarke

Analyse-Software

Ebenfalls zu sehen ist die modulare

Echtzeit-Spektrumüberwachungs-Software

RTSA-Suite

PRO inklusive Aufzeichnungsund

Wiedergabefunktion. Sie

erlaubt beispielsweise die

lückenlose Echtzeit 3D-Ansicht

mit bis zu 25 Mio. Samples pro

Sekunde. Die Software bietet u.a.

die gleichzeitige Anzeige mehrerer

Spektren, Histogramm-Funktion,

Wasserfallanzeige, unlimitierte

Marker-Anzahl oder eine

komplexe Grenzwertanzeige.

IQ-Recording

Außergewöhnlich ist die

Möglichkeit, IQ-Daten in

Echtzeit aufzuzeichnen. Die

Record&Replay-Funktion des

SPECTRAN V6 erlaubt in Verbindung

mit der RTSA-Suite

PRO die Aufzeichnung und

Wiedergabe der vollen IQ-

Bandbreite von bis zu 245 MHz.

Auf diese Weise lassen sich alle

Informationen speichern, die zur

Wiederherstellung eines Signals

benötigt werden. Die Daten werden

lokal auf einem Computer

oder externen Massenspeicher

abgelegt und lassen sich jederzeit

wieder aufrufen, um ein Signal

detailliert untersuchen zu können.

Die Aufzeichnungsdauer

wird nur noch durch die Kapazität

der verwendeten Speichermedien

begrenzt.

Signalgeneratoren

Mit den Signalgeneratoren der

SPECTRAN V6 VSG Serie lassen

sich die unterschiedlichsten

Signale beispielsweise für

Immunitätstest erzeugen. Zur

Verfügung stehen die Modulationsarten

Sweep, Noise, Puls,

46 hf-praxis 11/2022


Messtechnik

FSK, QAM, OFDM sowie Echo/

Reflexion. Die VSG-Serie liefert

je nach Modell Echtzeitbandbreiten

von 120 und 240 MHz

bei einem Frequenzbereich von

75 MHz bis 6 GHz. Mithilfe des

integrierten IQ-Signalgenerators

können Signale von QAM64 bis

QAM4096 für spezielle Tests

generiert werden.

Neben der SPECTRAN-Reihe

zeigt Aaronia seine batteriebetriebenen

BPSG-Signalgeneratoren.

Diese liefern sehr genaue

HF-Signale für die Prüfung von

EMV-Schirmungen und EMI/

RFI-Messungen. Es stehen drei

Geräte zu Verfügung, die Frequenzbereiche

von 23,5 MHz

bis 6 GHz abdecken.

Echtzeit-3D-Peilung

Die perfekte Lösung zur Signalortung

oder für Counter-Surveillance-Messungen

sowie zur Aufspürung

von Drohnen präsentiert

Aaronia auf der electronica mit

der 3D-Peilantenne IsoLOG 3D

DF. In dem wetterfesten, nach

IP65 zertifizierten Gehäuse sind

je nach Ausführung bis zu 32

unabhängige Peilantennen verbaut.

Mithilfe der zugehörigen

Steuerungs-Software lassen alle

oder auch bestimmte Antennen

des Arrays nacheinander durchschalten.

Dank der digitalen Highend-Schalter

erreicht die IsoLOG

3D DF extrem kurze Umschaltzeiten

von bis zu 8 µs, wodurch

sich im Vergleich mit herkömmlichen

Radarantenenn wesentlich

höhere Drehgeschwindigkeiten

erzielen lassen. In Verbindung mit

dem SPECTRAN V6 sowie der

zugehörigen RTSA-Suite PRO

ermöglicht dies die Signalortung

quasi in Echtzeit, was auch das

Aufspüren extrem kurzer Signalpulsquellen

ermöglicht. ◄

Die Wrapped-Spectrum-Ansicht ist ein einzigartiges Spektrum-Monitoring-

Feature der RTSA-Suite PRO. Sie bietet eine sehr hohe Auflösung durch

Wrapping des Spektrums unter Verwendung von mehreren Zeilen (1...8).

Hier ein Spektrum von 750 MHz bis 2,6 GHz, aufgeteilt in sechs

Zeilen. Dadurch wird die sechsfache Bildschirmauflösung (hier eine

4k-Bildschirmauflösung: 3840 Pixel x 6 = 23040 Pixel) für die Darstellung des

kompletten Frequenzbereichs genutzt.

Dadurch erhält man den ultimativen Überblick, zumal hier zusätzlich die

Frequenzprofile eingeblendet wurden (z.B. Bluetooth, LTE)

Automotive Radar Test Chamber mit herausragenden Funktionen

Das R&S ATS1500C Antennentestsystem

von Rohde & Schwarz bietet eine neue

Temperaturtestoption und eine neue Feed-

Antenne. Diese Neuerungen ermöglichen

temperaturgeregelte Messungen in einem

breiten Temperaturbereich sowie den parallelen

Zugriff auf beide Polarisationen,

wovon Testeffizienz und Flexibilität profitieren.

Die R&S ATS1500C ist eine auf

dem CATR-Antennen-Kompaktmessverfahren

basierende bewegliche Antennenmesskammer.

Sie wurde sorgfältig zur Vermeidung

von Geisterzielen in der Kammer

bei Zielsimulationstests ausgelegt und enthält

einen hochgenauen Positionierer für

Winkelmessungen.

Die neue Temperaturtestoption R&S ARC-

TEMP schafft eine temperaturgeregelte

Umgebung um das zu testende Radargerät

und unterstützt einen breiten Temperaturbereich

von -40 bis +85 °C. Die erwärmte

oder gekühlte Luft wird von einem externen

thermischen Luftstromsystem bereitgestellt,

das die Luft der am Positionierer

montierten Temperaturblase zuführt. So

wird die Temperatur angepasst, ohne dass

die Messleistung der Kammer beeinträchtigt

wird. Dank dieser Funktion lassen sich

Messungen bei unterschiedlichen Temperaturen

ohne Einsatz eines separaten Klimaschranks

automatisieren. Dadurch sind

schnellere Radartests möglich.

Zusätzlich lässt sich die R&S ATC1500C

mit der neuen R&S ARC-FX90 Universal-

Feed-Antenne ergänzen, die Frequenzen

von 60 bis 90 GHz unterstützt. Die Antenne

enthält einen Orthomode Transducer, der

vertikale und horizontale Polarisationen

parallel zugänglich macht.

Mit diesen neuen Optionen für die R&S

ATS1500C können Entwickler HF-Sender

effizient charakterisieren, Antennenverteiler

kalibrieren, Antennendiagramme messen,

die Robustheit gegenüber Störungen

testen und die Einhaltung von Vorschriften

wie ETSI oder FCC überprüfen. Sie können

auch Test- und Kalibrierverfahren für

die spätere Massenproduktion planen. Die

R&S ATS1500C wird als Referenzumgebung

verwendet, bevor die Verfahren auf

einen Produktionstester portiert werden.

In Kombination mit dem R&S AREG800A

Automotive Radar Echo Generator ist die

R&S ATS1500C das vollständigste System

auf dem Markt für die Entwicklung, Validierung,

Kalibrierung und Konformitätsprüfung

von Automotive-Radar-Modulen.

Die neue Universal-Feed-Antenne (R&S

ARC-FX90) wird Ende 2022 und die

Temperaturoption (R&S ARC- TEMP) im

ersten Quartal 2023 verfügbar sein. Beide

Optionen sind Hardware-Erweiterungen

für die R&S ATS1500C und können nachgerüstet

werden.

■ Rohde & Schwarz

GmbH & Co. KG

www.rohde-schwarz.com

hf-praxis 11/2022 47


Messtechnik

Vertrieb der Testplattformen

ABex und LEON in der DACH-Region

Zum 14. September 2022

erweiterte die dataTec AG ihr

Geschäftsfeld der modularen

Messtechnik um den neuen Lieferanten

Konrad Technologies

und vertreibt in Deutschland,

Österreich und der Schweiz die

skalierbare PXIe-Testplattform

ABex sowie das PXIe/ABexbasierte

Testsystem LEON. Konrad

Technologies aus Radolfzell

ist weltweit tätig mit Niederlassungen

in Nordamerika, Europa

und Asien-Pazifik. Das Unternehmen

entwickelt, konstruiert

und integriert kundenspezifische

Testlösungen für elektronische

Komponenten und Geräte.

dataTec AG

www.datatec.eu

ABex (Analog Bus

Erweiterung für PXI)

Das ABex-System ist eine Testplattform

für komplexe Messaufgaben

in der Fertigung, z. B.

Funktionstests oder In-Circuit-

Tests, mit dem Ziel, die Produktivität

zu steigern und die

Time-to-Market zu reduzieren.

Das System findet Anwendung

u. a. in der Automobilindustrie,

Luft- und Raumfahrt, Telekommunikation,

Medizintechnik

oder Elektronikherstellung. Die

modulare Systemarchitektur

basiert auf der PXIe-Plattform

und erweitert diese um eine

zusätzliche analogen Bus-Backplane.

Mittels sogenannter Terminalmodule

wird die Verbindung

zwischen den PXIe-Karten

und der Analogbus-Backplane

hergestellt. Hiermit können

Mess-und Stimulisignale über

verschiedene Karten hinweg

verschalten werden.

Konrad Technologies bietet

Terminalmodule für zahlreiche

Standard-PXI-Messgeräte namhafter

Hersteller, sodass Nutzer

der ABex-Plattform für sämtliche

Testanwendungen eine Systemlösung

erstellen können. Die

unterstützten PXI-Instrumente

umfassen u. a. Digitalmultimeter,

Oszilloskope, Signalgeneratoren

und Multifunktions-Datenerfassungskarten

von NI. Weitere

Terminalmodule können auf

Anfrage entwickelt werden. Zur

Signalverschaltung stehen Analogbus-Module

als Matrizen und

Schaltkarten zur Verfügung, welche

über eine hohe Kanaldichte

und einfache Wartbarkeit verfügen.

Die hinteren Steckplätze

der ABex-Backplane können

über spezifische Rear-Module

genutzt werden, um auch Nicht-

PXI-Instrumente wie spezielle

Messgeräte zu integrieren. Die

Systemprogrammierung erfolgt

über höhere Programmiersprachen

einschließlich NI Lab-

VIEW, NI LabWindows/CVI,

NI TestStand, C# und C++.

Die ABex-Erweiterung ermöglicht

die drahtlose Verteilung

von Mess- und Stimulisignalen

im gesamten System. Der Prüfling

lässt sich ganz ohne Kabel

mit den Schaltmatrizen an die

entsprechenden PXI-Messgeräte

anschließen. Je nach Anforderung

kann das System mit einer

speziellen DUT-Schnittstelle

(ABex REC-101 Receiver 18)

ausgerüstet werden, welche auf

Steckverbindern von Virginia

Panel Corporation basiert. Die

Schnittstelle ermöglicht 20.000

Steckzyklen.

Vorteile der

ABex-Testplattform:

• PXI/PXIe Hybrid Support in

allen ABex-Chassis

• Skalierbarkeit

• einfache Erweiterung mit

Schaltmatrizen

• flexible Verteilung von Messund

Stimulisignalen

• optimierte Signalintegrität

• schnelle Einrichtung und Inbetriebnahme

• robuste DUT-Schnittstelle zum

Prüfadapter (Virginia Panel-

Technologie)

• kombination von Funktionstest,

In-Circuit-Test, In-System-Programming

in einem

System

LEON In-Circuit Testsystem

Die LEON Testerfamilie ist

eine PXIe/ABex basierte Testplattform

für die Realisierung

von kombinierten Tests. Hierbei

können. In-Circuit-Test (ICT),

Funktionstest (FCT), Manufacturing

Defect Analysis (MDA), In

System Programming (ISP) und

Boundary-Scan-Tests (JTAG)

in einem einzigen System realisiert

werden.

Die LEON Testerfamilie ist

für maximale Flexibilität und

Benutzerfreundlichkeit konzipiert.

Es sind sechs Systemvarianten

verfügbar: von der kompakten

und kostengünstigsten

4-Slot-Testlösung LEONFixture

über Lösungen für Systemintegratoren

bis hin zum automatischen

Testsystem LEONInline

für Inline-Anwendungen in der

Massenproduktion. ◄

48 hf-praxis 11/2022


Messtechnik

Digitale Oszilloskope für Design, Debugging und Test

Mit der HDO4000-Serie stellt Rigol eine

neue Serie von Digitaloszilloskopen vor,

die mit vier Kanälen, 12 Bit Auflösung, 500

Mpts Speichertiefe und bis zu 800 MHz

Bandbreite punkten. Verbaut darin ist der

neue, von Rigol entwickelte Chipsatz Centaurus.

Dieser verfügt u.a. über eine hervorragende

Echtzeitabtastrate, ein niedriges

Grundrauschen, hohe vertikale Genauigkeit

und eine hohe Wellenformerfassungsrate.

Mit dem UltraAcquire-Modus erreichen die

Oszilloskope eine Wellenformerfassungsrate

von 1.500.000 Wfms/s und erfüllen hohen

Anforderungen an genaue Messungen wie

Stromversorgungswelligkeit, Oberwellenanalyse

und MOSFET-Prüfung. Auch für

die Prüfung komplexer Szenarien wie Low-

Power-Tests, Power-Rail-Analysen, Halbleiterprüfungen,

Prüfung medizinischer Elektronik

usw. eignen sich die Oszilloskope der

neuen HDO4000-Serie von Rigol.

Sie wurden für Anwendungen im Hochgeschwindigkeits-

und High-Signal-Fidelity-

Bereich entwickelt und bieten beste Signalvisualisierungsfunktionen

für Design und

Debugging. Die Geräte arbeiten mit der

bewährten, hochleistungsfähigen Ultra-

Vision-III-Technologie. Der neue Chipsatz

liefert echte 12-Bit-Samples, erlaubt

Bandbreiten von 200 bis 800 MHz, eine

Echtzeitabtastrate bis 4 GS/ und eine Wellenformerfassungsrate

von bis zu 1.500.000

Wfms/s im UltraAcquire-Modus. Weiterhin

arbeiten die Geräte mit einem ultraniedrigen

Grundrauschen von 18 µV eff Minimum und

einem ultrahohen vertikalen Empfindlichkeitsbereich

von 100 µV/div, wobei Signale

im uV-Bereich ebenfalls genau gemessen

werden können.

Die Oszilloskope der HDO4000-Serie wurden

mit Hinblick auf einen Einsatz in den

Bereichen Stromversorgungsprüfungen,

Low-Power-Tests, Power-Rail-Tests und

Halbleiterprüfungen entwickelt. Bei der

Stromversorgungsprüfung ist besonders

die vertikale Auflösung von bis zu 12 Bit

hilfreich für Restwelligkeitsmessungen und

Qualitätstests. Bei Low-Power-Tests profitiert

der Anwender besonders von einem

ultraniedrigen Grundrauschen von 18 µV

eff Minimum. Beim Power-Rail-Test lassen

sich dank einer Abtastrate von bis zu

1 GS/s, der vertikalen Auflösung von 12

Bit und einer hohen DC-Verstärkungsgenauigkeit

auch kleinste Details erkennen.

Für Halbleiterprüfungen sind ebenfalls

die hohe Auflösung von 12 Bit und

die verbesserte DC-Verstärkungsgenauigkeit

von Vorteil.

■ Meilhaus Electronic GmbH

www.meilhaus.com

Handys in der

Schwerelosigkeit

untersucht man am

besten mit Messtechnik

von NI.

>>> www.datatec.eu/ni-fallturm

hf-praxis 11/2022 49

National Instruments ist jetzt NI.


Messtechnik

Ethernet-Testlösungen zur Validierung

digitaler Hochgeschwindigkeits-Schnittstellen

Solutions Group bei Synopsys.

„Als führender Anbieter von Highspeed-Ethernet-IP-Lösungen

nutzt

Synopsys die umfassenden digitalen

Schnittstellentestlösungen

von Keysight, um die Leistung

der PHY-IP zu validieren, sodass

die Entwickler ihre Anforderungen

an Design und Systemebene für

Hochleistungsrechner, Netzwerke

und KI-SoCs erfüllen können.“

Halle A3 Stand 506

Keysight Technologies

www.keysight.com

Die neuen 224G-Ethernet-Testlösungen

von Keysight Technologies

ermöglichen System-on-a-Chip-

Herstellern die Validierung der

elektrischen Schnittstellentechnologie

der nächsten Generation und

beschleunigen das Design und das

Pathfinding von Transceivern mit

1,6 Terabit/s (1.6T).

5G, künstliche Intelligenz (KI)

und Anwendungen des Internets

der Dinge (IoT) treiben das

Wachstum des Datenverkehrs

voran und sorgen für einen beispiellosen

Bandbreitenbedarf in

Netzwerken und Rechenzentren.

Digitale Hochgeschwindigkeitsschnittstellen,

die Datenverbindungsgeschwindigkeiten

von 224

Gbps pro Lane unterstützen, bieten

höhere Bandbreiten und unterstützen

die 1,6 Terabit/s-Technologie

(1.6T) für Hochgeschwindigkeitsverbindungen.

Ein verbesserter

Datendurchsatz und eine höhere

Effizienz in Rechenzentrums-

Netzwerken reduzieren auch den

Stromverbrauch und die Kosten.

Keysight ist der einzige Anbieter

von BERT-Lösungen (Bit Error

Ratio Tester), die in der Lage

sind, Signale mit 224 Gigabit/s

(224 Gbps) zu erzeugen und zu

analysieren.

„Keysight freut sich, mit Synopsys

und anderen Halbleiterherstellern

zusammenzuarbeiten, um die frühen

Marktchancen zu nutzen, die

mit dem Übergang von 800 Gigabit

pro Sekunde (800G) zu 1.6T verbunden

sind“, sagte Dr. Joachim

Peerlings, Vice President of Network

and Data Center Solutions bei

Keysight Technologies. „Keysights

einzigartiges Portfolio an Testlösungen

für digitale Hochgeschwindigkeitsschnittstellen

ermöglicht

es SoC-Herstellern, die Leistung

von 224G-Designs zu validieren

und das 1.6T-Design und -Pathfinding

zu beschleunigen.“

Der BERT M8050A bietet Anwendern

eine einzigartige 224-Gbps-

Testlösung für das elektrische

Design und die Validierung von

Transceiver-SoCs, die in Rechenzentren

und Netzwerken zur Übertragung

großer Datenmengen bei

hohen Geschwindigkeiten eingesetzt

werden. Die Signalintegrität

des BERT M8050A von Keysight

ermöglicht eine genaue Charakterisierung

von Empfängern, die in

Rechenzentrums-Netzwerken und

Serverschnittstellen der nächsten

Generation eingesetzt werden.

Synopsys verwendete den BERT

M8050A, den Arbiträr-Signalgenerator

(AWG) M8199 und das

Oszilloskop der Infiniium UXR-

Serie von Keysight, um IP-Designs

für 224G Serializer/Deserializer

(SerDes) zu entwickeln und

zu validieren.

„Hochleistungs-Computersysteme

sind auf Hochgeschwindigkeits-

Schnittstellen mit geringer Latenz

angewiesen, um große Datenmengen

mit minimalem Stromverbrauch

zu verarbeiten“, sagte

John Koeter, Senior Vice President

of Marketing and Strategy für die

Auf der European Conference on

Optical Communication (ECOC)

2022 in Basel, Schweiz, haben

Keysight und Synopsys das branchenweit

erste Common Electrical

Interface (CEI) SoC vorgeführt,

das 224Gbps unterstützt. Messebesucher

konnten die Demo am Stand

des Optical Internetworking Forum

(OIF) sehen, einer Industrieorganisation,

die die Entwicklung und

den Einsatz von interoperablen

Netzwerklösungen und -services

für optische Netzwerkprodukte,

Netzwerkprocessing-Elemente und

Komponententechnologien fördert.

Keysight präsentiert auf der

electronica sein einzigartiges

Knowhow im Bereich digitaler

und HF-/Mikrowellen-Technologien.

Am Stand A3.506 demonstriert

Keysight Messlösungen,

einschließlich Hardware und

Software, sowie umfassende Services,

aus den Bereichen Universal-Labor-Anwendungen

(Labor-Stromversorgungen,

Oszilloskope), Digitale Anwendungen

(Power & Mixed-Signal-

Anwendungen, PCIE Rx & Tx,

Interconnect), HF- und Mikrowellen-Anwendungen

(Signal-

Demodulation, (Vektor-)Netzwerkanalysator-basierte

Tests aktiver/

passiver Filter), Design Software

(PathWave Design, Digitale Simulation,

Leistungsintegrität), IoT-/

Consumer-Elektronik (Batterie-

Laufzeit-Optimierung, Wireless-

Testlösungen) und Automotive

(Elektro-Mobilität, Automotive

Radar, Automotive Ethernet). ◄

50 hf-praxis 11/2022


Messtechnik

Innovative, präzise und einfach zu

bedienende Technologielösungen

Auf der electronica 2022 sind Besucher eingeladen,

sich bei Tektronix am Stand A-438

über die marktführenden Test- und Messlösungen

für Geräte mit hohem und niedrigem

Stromverbrauch, sowie für Embedded-Design-Tests,

Tests für Serielle Hochgeschwindigkeitskommunikation,

Compliance

und Debugging zu informieren. Mit mehr

als 75 Jahren Erfahrung wird Tektronix also

eine breite Palette von Lösungen aus seinem

Test- und Messportfolio präsentieren. Kunden

haben die einmalige Gelegenheit, mehr

über die innovativen Technologielösungen

von Tektronix zu erfahren, darunter:

• präzise, wiederholbare Lösungen für die

Prüfung von Hochleistungsgeräten

• umfassende analoge, digitale und RF-

Systemvalidierungslösungen

• empfindliche und genaue Messlösungen

für Geräte mit kleiner Leistung

Lee Morgan, Senior Technical Marketing

Manager bei Tektronix, sagte: „Tektronix

wird auf der electronica eine Reihe neuer

Technologielösungen vorstellen, die unseren

Kunden helfen werden, Tests für Prototypen,

neue Produktdesigns und Prozesse viel

schneller zu testen und zu messen. Wir freuen

uns darauf, diese Lösungen vorzustellen und

Live-Produktdemonstrationen für kritische

Halle 4 Stand 438

Tektronix, Inc.

www.tek.com

Anwendungen für Energieeffizienz, sowie

kabelgebundene und kabellose Netzwerkanwendungen

zu bieten. Natürlich freuen

wir uns auch sehr darauf, auf der Messe mit

unseren Kunden, anderen Branchenführern

und wichtigen Interessenvertretern persönlich

ins Gespräch zu kommen“.

Besucher des Tektronix-Standes A-438 können

von neuen, interaktiven Produktvorführungen

und Anwendungsinformationen in

Schlüsselbereichen profitieren, wie z.B.:

• Leistungswandler, SiC, GaN, Motorsteuerungen

und isolierte Messungen

• Lösungen für das Testen und Validieren

von serieller Hochgeschwindigkeitskommunikation

• Embedded Design, Protokollanalyse und

korrelierte Multidomänenmessungen

• Ultra-Low-Power-Design, Analyse von

Stromverteilungsnetzen und Messungen

der Stromversorgungsintegrität

Tektronix wird zudem eine völlig neue,

spannende Produktkategorie vorstellen, die

einen schnelleren und einfacheren Blick

auf den Zustand von PCIe-Links ermöglicht

als je zuvor

Die neueste Innovation von Tektronix, das

neu auf dem Markt eingeführte MSO der

Serie 2, wird ebenfalls zu sehen sein. Das

kompakte und tragbare MSO der Serie 2

mit seinen zahlreichen Funktionen benötigt

kaum Platz auf dem Labortisch und

kann ohne Leistungseinbußen im Feld eingesetzt

werden.

Die Test- und Messtechnikprodukte, Software

und Dienstleistungen von Tektronix

ermöglichen es kleinen und mittelständischen

Unternehmen bis hin zu großen

Blue-Chip-Organisationen, durch die Optimierung

von Produktionsprozessen, neuem

Produktdesign und Entwicklung, Ausschuss

und Energieverluste zu reduzieren. Ingenieure

aus den Bereichen Forschung, Entwicklung,

Wartung und Reparatur können

sich über das Full-Service-Angebot von

Tektronix informieren, welches Workflow-Lösungen,

hochwertige Lifecycle-

Services, Softwareanwendungen und Supportleistungen,

auch für die Remote-Arbeit,

umfasst. Darüber hinaus werden auf der

electronica nützliche Einblicke von technischen

Experten vermittelt, wie ein Return

on Investment (ROI) nachgewiesen werden

kann, der die Leistung mit den übergreifenden

Zielen der Unternehmen in Einklang

bringt. ◄

Ihr Partner für

EMV und HF

Messtechnik-Systeme-Komponenten

EMV-

MESSTECHNIK

Absorberräume, GTEM-Zellen

Stromzangen, Feldsonden

Störsimulatoren & ESD

Leistungsverstärker

Messempfänger

Laborsoftware

HF- & MIKROWELLEN-

MESSTECHNIK

Puls- & Signalgeneratoren

GNSS - Simulation

Netzwerkanalysatoren

Leistungsmessköpfe

Avionik - Prüfgeräte

Funkmessplätze

ANTENNEN-

MESSTECHNIK

Positionierer & Stative

Wireless-Testsysteme

Antennenmessplätze

Antennen

Absorber

Software

HF-KOMPONENTEN

Abschlusswiderstände

Adapter & HF-Kabel

Dämpfungsglieder

RF-over-Fiber

Richtkoppler

Kalibrierkits

Verstärker

Hohlleiter

Schalter

Tel. 089-895 565 0 * Fax 089-895 565 10

hf-praxis 11/2022 51

Email: info@emco-elektronik.de51

Internet: www.emco-elektronik.de


Messtechnik

Oszilloskope mit 12 Bit vertikaler Auflösung

RIGOL hat bei beiden Serien mit Ultra

Acquire eine neue Analyseform integriert,

mit der eine sehr schnelle Triggerrate von

1500 Mio wfms/s erreicht wird. Hiermit

lassen sich sehr schnelle oder sporadische

und kurze Ereignisse einfach messen. Alle

Geräte verfügen über einen sehr großen

kapazitiven 10,1-Zoll-HD-Farb-Touchscreen

(1024 x 800) mit 256 Intensitätsstufen und

Farbtönen für eine präzise und klare Signaldarstellung.

Um eine maximale Flexibilität

zu gewährleisten, ist es bei der HDO4000-

Serie möglich, eine Standardbatterie der

Größe 18650 zu integrieren, um Messungen

ohne Netzanschluss durchzuführen.

Mit der HDO1000- und HDO4000-Familie bringt RIGOL zwei High-Definition-Oszilloskop-Serien mit einer

vertikalen Auflösung von 12 Bit auf dem Markt

Die RIGOL Technologies EU GmbH hat

zwei neue ASICs für ihre nächste Oszilloskop-Generation

entwickelt. Mit dem selbst

entwickelten Centaurus ASIC-Chipset setzt

RIGOL nun neue Maßstäbe und bringt mit

der HDO1000- und HDO4000-Familie

zwei High-Definition-Oszilloskop-Serien

mit einer vertikalen Auflösung von 12 Bit

auf dem Markt.

Die HDO1000-Serie hat eine Abtastrate von

2 GSa/s und wird sowohl als 2- als auch als

4-Kanal-Lösung in den Bandbreiten 70, 100

und 200 MHz angeboten. Die maximale

Speichertiefe beträgt 100 Mpkte. Daneben

ist die HDO4000-Serie für die Bandbreiten

200, 400 und 800 MHz mit einer höheren

Abtastrate von bis zu 4 GSa/s ausgelegt,

RIGOL Technologies Europe GmbH

www.rigol.eu

enthält vier analoge Kanäle und bietet eine

Speichertiefe von bis zu 500 Mptke an.

Die minimale vertikale Einstellung kann

man bei der HDO4000-Serie auf 100 µV/

div und bei der HDO1000-Serie auf 500

µV/div einstellen. Bei der HDO4000-Serie

sind zwei unterschiedliche Impedanzen (1

MOhm, 50 Ohm) einstellbar.

Durch die zwei neuen ASICs wird ein sehr

niedriges Rauschverhalten von ca. 18 µV

rms (bei HDO4000) beziehungsweise 50 µV

rms (bei HDO1000) erreicht. Wie auch bei

anderen RIGOL Oszilloskop-Klassen wurde

hier ein Schwerpunkt auf die Kombination

hohe Abtastrate, tiefer Speicher und sehr

hohe Messgeschwindigkeit gesetzt. Durch

die vertikale Auflösung von 12 Bit sind selbst

kleinste Amplitudenabweichungen messbar.

Hier kann zusätzlich bei beiden Geräten ein

High-Resolution-Mode bis 16 Bit aktiviert

werden. Das heißt, hier werden sehr hohe

Auflösungen sowohl im horizontalen als

auch im vertikalen Bereich mit einem sehr

tiefen Speicher kombiniert und somit die

Analysevielfalt erweitert.

Zu den typischen Anwendungen

gehören Analysen wie Schaltleistungsmessungen

im Leistungsbereich, automatisierte

Tests in Fabriken, Protokollanalysen für serielle

Busse in der Fahrzeugelektronik, Messen

elektronischer Schaltungen, Anwendungen

in der Entwicklung und Vieles mehr.

Vielfältige Trigger-, Mathematikund

Darstellmöglichkeiten

z.B. erweiterte FFT von 1 Mio. Punkten,

Masken-Test und Power-Analyse, sowie eine

integrierte Signalsuchfunktion sind ebenso

wie alle üblichen seriellen Bus-Protokoll-

Analyse- und Trigger Funktionen erhältlich.

Das integrierte Voltmeter und ein Frequenzzähler

runden den kompletten Messumfang

ab. Auch verschiedene Schnittstellen wie

USB3.0-Host, USB3.0-Device, HDMI,

LAN (10/100/1000 Base-T) und AUX OUT

sind verfügbar.

Ein umfangreiches Zubehörprogramm

von aktiven und passiven Tastköpfen, Hochspannungstastköpfen

(differentiell/singleended),

unterschiedliche Stromzangen (bis

500 Ampère), 19-Zoll-Einbaurahmen, Softwaretreiber

für bekannte Pakete und Hochsprachen

sowie ein modernes und schnelles

Web-Remote-Control via LAN steht

ebenfalls zur Verfügung. Die Hardware ist

zur einfachen Bedienung mit photoelektrischen

Encoder ausgestattet, die einen sehr

geringen Abrieb und somit eine sehr hohe

Lebensdauer aufweisen.

Als Besonderheit bietet Rigol viele Erweiterungen,

wie höhere Bandbreiten, oder die

Speichererweiterung per Software-Upgrade

an. Serielle Triggerung und Decoding (SPI,

I 2 C, RS232/UART, CAN und LIN) sind standardmäßig

im Gerät enthalten. Das Risiko

eines Fehlkaufes minimiert sich somit, denn

es kann mit einer etwas kleineren Ausstattung

begonnen und später den erweiterten

oder anspruchsvolleren Messanforderungen

im Labor angepasst werden. Wie immer hat

Rigol hier nicht zu viel versprochen und bietet

diese komplett ausstattbaren Oszilloskope

zum besten Preis/Leistungs-Verhältnis an.

Die bekannte 3-Jahre-Rigol-Garantie rundet

das Angebot ab. ◄

52 hf-praxis 11/2022


/

/ c o m e

Messtechnik

Oscilloscope Days nun mit

Live-Programm School of Measurement

Von der Idee

bis zum Service.

Hochfrequenztechnik,

Elektronik und Mechanik.

Individuell & kundenspezifisch.

// Mechanik, Präzisionsfrästeile

& Gehäuse

// Schirmboxsysteme

// Schalten & Verteilen

von HF-Signalen

// Mobilfunk- & EMV-

Messtechnik

// Distribution von IMS

Connector Systems

// HF-Komponenten

Rohde & Schwarz baut seine Oscilloscope

Days weiter aus und bietet zusätzlich zu diesem

virtuellen Seminarprogramm eine Reihe

von Präsenzveranstaltungen unter dem Titel

School of Measurement. Nach dem digitalen

Auftakt am 27. Oktober 2022 sollen 2023

Veranstaltungen an verschiedenen Orten in

ganz Europa stattfinden. Das Angebot richtet

sich an Elektronikingenieure aus Europa

und darüber hinaus. Die Teilnahme an den

Veranstaltungen ist kostenlos.

Zusätzlich zum bewährten Seminarprogramm

Oscilloscope Days, stellt Rohde &

Schwarz nun ein neues Konzept vor: die

School of Measurement. Diese Veranstaltungsreihe

gibt Elektronikingenieuren unterschiedlichster

Fachrichtungen die Möglichkeit,

in praktischen Schulungen an verschiedenen

technologischen Schlüsselstandorten

in Europa, grundlegende Kenntnisse über

Oszilloskope zu erwerben.

Die School of Measurement beinhaltet

schwerpunktmäßig praktische Design-

Herausforderungen im Bereich Leistungselektronik.

Sie wird von Rohde & Schwarz

Experten mit der Möglichkeit zum interaktiven

Austausch präsentiert. Die Leistungselektronik

umfasst ein breites Spektrum,

von kleinen Leistungswandlern für Anwendungen

mit niedrigem Leistungsbedarf bis

hin zu großen Stromerzeugungs- und -übertragungssystemen.

Die School of Measurement

soll den Teilnehmern grundlegendes

Wissen zu Anwendungen in der Leistungselektronik

vermitteln, die ein Verständnis

einfacher bis komplexer Leistungswandlungssysteme

der modernen Leistungselektronik

erfordern, die herkömmliche Designs

zunehmend ersetzen.

Die Präsenzveranstaltungen bringen Theorie

und Praxis zusammen. Elektronikingenieure

haben die Gelegenheit, die neuesten

Oszilloskope von Rohde & Schwarz aus der

aktuell eingeführten R&S MXO4 Serie unter

typischen Testbedingungen an realen Prüflingen

zu erproben. Um ein breites Publikum

in ganz Europa anzusprechen, beinhalten

die Veranstaltungen unterschiedliche

Übungen, mit besonderem Augenmerk beispielsweise

auf den Themen DC/DC- und

AC/DC-Wandlung, Regelkreisverhalten,

Filterkennlinien, EMI-Fehlersuche, grundlegendes

Wissen zu FFT und Protokolldecodierung,

Komponentencharakterisierung,

Wirkungsgradmessung, Verlustberechnung

sowie Leistungsanalyse und Analyse von

pulsbreitenmodulierten Signalen.

■ Rohde & Schwarz

GmbH & Co. KG

www.rohde-schwarz.com

MTS individuelle Lösungen

// HF geschirmte Gehäuse

// Schirmboxsysteme

// Relaisschaltfelder

// Matrixsysteme

// HF-Komponenten und Kabel

// Gefilterte Schnittstellen

// Air Interface Emulation

mts-systemtechnik.de

hf-praxis 11/2022 53

53

c o m e a n d m e e t

m e e t u s h e r e

u s

a n d

h e r e

15-18 Nov 22

A3.559

/

/ c o m e a n d m e e t u s h e r e

/


Antennen

4G/5G/WiFi-6E-Antenne für intelligente Transportsysteme

Mit der neuen 4G/5G-Antenne MultiFin

von PCTEL präsentiert der US-amerikanische

Hersteller eine äußerst vielseitige

wie robuste Antenne. Sie liefert stabile,

zuverlässige RF-Performance und ist dank

ihrer flexiblen Anschlussmöglichkeiten und

ihrer sehr kompakten Bauform leicht in

bestehende Systeme zu integrieren. Außerdem

können Anwender MultiFin nach ihren

Bedürfnissen konfigurieren und so möglichst

ideal für ihre Applikation anpassen.

Optionen für viele Einsatzmöglichkeiten

Die MultiFin von PCTEL ist in zwei Versionen

erhältlich und unterstützt u.a. 2×2

MIMO für LTE/5G sowie 2×2 MIMO WiFi

6E/LTE. Die GNSS-LNA-Verison verfügt

über ein Vorfilter, das eine Koexistenz mit

weiteren RF-Systemen möglich macht.

Die Zellulur- und WiFi-Variante ist mit

einem Diagnosewiderstand ausgestattet,

der Anwendern Gateway-Diagnosefunktionalität

ermöglicht.

Die neue MultiFin-Plattform eignet sich

bestens für Multisystemlösungen in Fahrzeugen,

für Schwerlast- und Einsatzfahrzeuge

oder Busse. Darüber hinaus sind

intelligente Transport-, Infotainment- oder

Telematik-Systeme ideale Einsatzgebiete

für die Antenne.

Die Key Features der MultiFin:

• MIMO, 2G/3G/4G/5G antenna

• cellular MIMO + WiFi MIMO

• diagnostic resistor

• optional GNSS rod with LNA

• optional AM/FM/DAB rod with LNA

• GPS/Glonass/Galileo/Beidou antenna

with LNA

• IP67 compliant design

■ CompoTEK GmbH

www.compotek.de

KUNDENSPEZIFISCHE

VORVERSTÄRKER

KUNDENSPEZIFISCHE

HF-LÖSUNGEN

GSM-

ANTENNEN

• HF-Schaltungsdesign & Digitalschaltungsdesign

• HF-Komponentendesign, z. B. Leistungsverstärker

• Antennendesign

• Multibandantennen

• Indoor- und Outdoor-Antennen

• Omnidirektionale Antenen

• Maritim- und Feststations-Antennen

• Extrem robust

• Von 5 kHz bis 5,6 GHz

• Rauscharm und großsignalfest

Sprechen Sie mit uns!

Wir freuen uns

auf Ihre Anfrage!

SSB-Electronic GmbH · Am Pulverhäuschen 4 · 59557 Lippstadt · Tel.: +49 2941-93385-0 · vertrieb@ssb-electronic.de · www.ssb-electronic.de

54 hf-praxis 11/2022


Antennen

2,4-GHz-Antenne bietet

breitere Design-Abdeckung

Antenova Ltd, der in Großbritannien

ansässige Hersteller von

Antennen und HF-Antennenmodulen

für IoT und M2M, brachte

eine neue, kompakte und sehr

effiziente Antenne für die WiFi-,

Bluetooth- und ZigBee-Frequenzen

bei 2,4 bis 2,5 GHz auf

den Markt. Diese neue Antenne

heißt Invicta. Die Invicta-Antenne

hat einen durchschnittlichen Wirkungsgrad

von 70% über das

2,4-GHz-Band. Folglich funktionieren

Designs, die diese Antenne

verwenden, besser über größere

Entfernungen und durch Wände

und Hindernisse, wodurch die

Abdeckung und Leistung von

drahtlosen Geräten mit Bluetooth,

WiFi und ZigBee erweitert wird.

Invicta ist eine Antenne mit flexibler

gedruckter Schaltung

(FPC), die einfach in einem

Design platziert werden kann.

Es wird über ein Kabel und einen

IPX-MHF-(UFL)-Anschluss

direkt mit der Leiterplatte verbunden.

Die Antenne wird standardmäßig

mit 100-mm-Kabel

geliefert, andere Kabellängen

und Anschlussoptionen sind auf

Anfrage erhältlich.

Eine FPC-Antenne unterscheidet

sich von einer SMD-Antenne

dadurch, dass sie unabhängig

von der Länge einer Grundplatte

arbeitet und keine Antennenanpassung

erforderlich ist, sodass

der Design-Zyklus für Invicta

einfacher und kürzer ist.

Die FPC-Antenne erleichtert auch

die Herstellung, da die Antenne

durch einen einfachen selbstklebenden

Streifen fixiert und gebogen

und in das Gehäuse eines

Designs eingesetzt werden kann.

Dieser Antennentyp eignet sich

ideal für die Fertigung kleiner

bis mittlerer Stückzahlen. Antenova

hat die Invicta-Antenne

hauptsächlich für intelligente

batteriebetriebene Geräte für

Zuhause und das Büro entwickelt,

bei denen ein einziges Gerät eine

globale Abdeckung bietet.

Typische Anwendungen im Haushalt

wären Smart Meter, Hausautomation,

drahtlose Sensornetzwerke,

Rauch- und Einbruchmeldeanlagen.

Es würde auch für die

Fernüberwachung in industriellen

und medizinischen Umgebungen

verwendet werden. Die

FPC-Antenne erleichtert auch die

Herstellung, da die Antenne durch

einen einfachen selbstklebenden

Streifen fixiert und gebogen und

in das Gehäuse eines Designs

eingesetzt werden kann. Dieser

Antennentyp eignet sich ideal für

die Fertigung kleiner bis mittlerer

Stückzahlen. Antenova hat die

Invicta-Antenne hauptsächlich

für intelligente batteriebetriebene

Geräte für Zuhause und das Büro

entwickelt, bei denen ein einziges

Gerät eine globale Abdeckung

bietet. Typische Anwendungen

im Haushalt wären Smart Meter,

Hausautomation, drahtlose Sensornetzwerke,

Rauch- und Einbruchmeldeanlagen.

Es würde

auch für die Fernüberwachung in

industriellen und medizinischen

Umgebungen verwendet werden.

■ Antenova, Ltd.

www.antenova.com

hf-praxis 11/2022 55


Design

Entwicklungsmethoden beim PCB-Design

für 5G und WiFi-6

Infrastruktur genutzt werden

sollen, dann muss die Übertragungsstrecke

stabil und eine

bestimmte Übertragung garantiert

sein.

Zurzeit finden in Deutschland

Verbesserungen in der Infrastruktur

statt, und der Backbone

des Internets wird mehr und

mehr mit Glasfaser (z.B. FTTH

Fibre to the Home) ausgerüstet.

Neue Router und Repeater stellen

dann die WLAN-Verbindung

im 2,4- und 5-GHz-Frequenzband

zur Glasfaser her. Die Möglichkeit,

wireless, schnell und

sicher Geräte zu verbinden, wird

auf den letzten Metern zu den

Endgeräten mehr und mehr die

Kabelverbindungen verdrängen.

Hier gibt es zwei neue und

ähnliche Standards:

Schnelleres Internet wird in

Deutschland von Vielen gefordert.

Was bedeutet es für PCB-

Layouter, Geräte für diese Technik

zu entwerfen bzw. Geräte in

diesem Umfeld zu betreiben?

Mit 5G kommt eine 1000-mal

leistungsfähigere Datenübertragung

in den Außenbereich und

mit WiFi-6 eine sehr ähnliche

Technik in das lokale WLAN

im Innenbereich.

im Heimbereich. Es wird auch

mehr hochauflösende Videoanwendungen

geben, bei denen

4k- oder 8k-Bilder in Echtzeit

„ruckelfrei“ übertragen werden

sollen. Hier sind die Datenmengen

enorm und Mängel an den

Übertragungsstrecken sofort

„sichtbar“.

Wenn Sensoren zur Steuerung

von Verkehr, Maschinen und

Die Outdoor-Anbindungen

werden über 5G erfolgen und

die Indoor-Anbindungen über

WiFi-6. In der Übergangszeit

werden Geräte abwärtskompatibel

sein müssen und auch

langsamere Standards unterstüt-

Einführung

Durch die flächendeckende Einführung

von 5G und WiFi-6

erhoffen sich viele Firmen neue

Märkte zu erschließen. Mehr

Geräte, mehr Sensoren und damit

mehr Informationen, die ausgewertet,

verarbeitet und übermittelt

werden. Es wird nicht nur

bei Anwendungen bleiben, die

mit wenig Daten auskommen,

wie beispielsweise bei Thermostaten

und Heizungssteuerungen

FlowCAD EDA-Software

Vertriebs GmbH Dirk Müller

www.flowcad.de

Performance-Steigerung um Faktor 1000 mit 5G

56 hf-praxis 11/2022


Design

zen. Da mehrere Antennen und

Frequenz bereiche die Anforderungen

an die Geräte komplexer

machen, wird es in wenigen Jahren

gerade im Consumer-Bereich

viele Geräte geben, die nur die

neuen Standards unterstützen.

Die Vorteile von 5G und WiFi-6

sind eine größere Bandbreite,

mehr Teilnehmer in einer Zelle,

geringere Latenz und mehr

Mobilität. Mit einer höheren

Bandbreite können Videodaten

in 4k oder 8k Auflösung problemlos

gestreamt werden.

Das wird unser Fernsehverhalten

mit festen Programmzeiten

hin zu Mediatheken mit Inhalten

on Demand zum Streamen

verändern. Da mehr Teilnehmer

in einer Mobilfunkzelle möglich

sind, die auch noch kleiner

wird, werden bald die Zuschauer

in einem Event-Stadion das

Geschehen live an ihre Freunde

streamen.

Die Latenz ermöglicht darüber

hinaus die sichere Steuerung

von Maschinen und Robotern in

Echtzeit über Funk. Dies führt

auch zu mehr IoT-Geräten und

mehr Automation in den Haushalten.

Die IT-Architekturen

verändern sich. Wenn mehr

Geräte über Funk am Datenaustausch

teilnehmen, dann

müssen die Daten ausgewertet

und entsprechende Aktionen

zur Steuerung berechnet werden.

Um zum Bespiel Prioritäten

im Verkehr zu steuern,

wenn etwa die Feuerwehr mit

Blaulicht freie Fahrt bekommen

soll, müssen die Zustände der

Ampeln und Verkehrsteilnehmer

zentral erfasst, ausgewertet und

gesteuert werden. Allein dieses

Beispiel zeigt, dass der Funk in

Echtzeit erfolgen muss, und die

vielen Daten in einem zentralen

Verkehrsleitrechner zusammengeführt

werden. Dennoch muss

das autonome Auto über entsprechende

Rechenleistung verfügen,

um bei einer plötzlichen Gefahrensituation

bremsen und ebenfalls

per Funk andere Verkehrsteilnehmer

in der Nähe warnen

zu können. Das bedeutet, dass

die 5G-Funkverbindung auch

bei Teilnehmern in Bewegung

funktionieren muss.

Was bedeuten diese

Veränderungen für Hardware-

Entwickler?

Für neue Geräte zeichnet sich

ab, dass mehr empfindliche Sensoren

verbaut werden, die meist

analoge Signale als Ursprung

haben. Hier werden die Anbieter

wahrscheinlich Module mit

einer digitalen Schnittstelle

anbieten oder den Sensor in ein

IC-Package integrieren.

Intelligente Sensormodule werden

nicht nur Daten messen, sondern

diese bereits nach Vorgaben

filtern, auswerten und die Ergebnisse

als digitale Information

zur Verfügung stellen. Andere

Konzepte bestehen darin, die

Daten digitalisiert in die Cloud

zu schicken, wo sie mit künstlicher

Intelligenz ausgewertet

und bearbeitet werden, und die

Beamforming durch MIMO-Antennen

Ergebnisse anschließend zurückzuerhalten.

Einfache IoT-Sensoren (z.B.

Außenthermometer) werden

mit einer langlebigen Batterie

nur gelegentlich Messwerte ins

WLAN melden. Sind die Sensoren

aber Teil einer lokalen

Steuerung, so wird es neben

der Antenne auch noch eine

CPU oder DSP mit Speicher

geben, um lokal die Auswertung

und Regelung zu steuern und

Zustände zu kommunizieren.

Die Vielfalt der Lösungen und

die Komplexität der Elektronik

nimmt weiter zu. Das Integrieren

von Funk im GHz-Frequenzband,

von sensiblen analogen

Sensoren und digitalen Prozessoren

mit Speicher auf einer

Leiterplatte stellt eine Herausforderung

an die Signalqualität

und das EMV-Verhalten dar. Bei

gleichzeitiger Forderung nach

Miniaturisierung, Batteriebetrieb

und weniger Stromverbrauch

kommen Power-Integrität und

thermische Einschränkungen

hinzu.

Diese Themen sollten nicht ignoriert

oder auf die lange Bank

geschoben werden.

Wie man schon beim letzten

Technologiesprung von 3G zu

4G gesehen hat, bringt dies

immer eine Disruption in der

bisherigen Struktur der Anbieter.

3G und 4G bedeutete nicht

nur eine schnellere Datenübertragung,

es ermöglichte auch

andere Geschäftsmodelle. Mit

dieser Technologie entstanden

Anbieter wie Netflix, Google,

Apple und Amazon. Andere

Anbieter, die nicht die Chancen

der neuen Technologie genutzt

haben, verloren an Bedeutung

oder verschwanden ganz vom

Markt.

Heute ist von Entwicklern auch

Kreativität gefragt. Binden Sie

die Marketingabteilung ein und

teilen Sie ihr mit, was mit ihren

Geräten an weiterem Zusatznutzen

aus den vorhandenen Daten

bereitgestellt werden kann. Wir

befinden uns im internationalen

Wettbewerb, jeder will gewinnen.

Der Markt für 5G und

WiFi-6 expandiert exponentiell

und wird unser tägliches Leben

erneut massiv verändern.

Technische Grundlagen für 5G

und WiFi-6

Patch-Antenne auf einer Leiterplatte

Die enorme Steigerung bis

zum Faktor 1000 der Übertragungsgeschwindigkeit

kommt

im Wesentlichen durch drei

Ansätze. Die höhere Funkzellendichte

mit mehr Access Points

pro Fläche erlaubt mehr Datendurchsatz

um den Faktor 10.

Neue MIMO-Antennen können

mit Beamforming sogar die Senderichtung

direkt zu bewegten

Objekten ausrichten und eine

hf-praxis 11/2022 57


Design

ε r und Loss Tangent auf einer

Lage im Lagenaufbau für Inlay-

Dielektrika im HF-Bereich.

Zusammen mit den mechanischen

Gehäuseinformationen

kann die Position der Antenne

und die Ansteuerung optimiert

werden für eine maximale Verstärkung

im Winkel und der

Reichweite.

Dielektrisches Inlay im HF-Bereich

höhere Spektraleffizienz um

den Faktor 20 erreichen. Durch

die zusätzlichen höheren Frequenzen

(>24 GHz), auf denen

Daten übertragen werden dürfen,

kann der Durchsatz um den

Faktor 5 gesteigert werden. So

ergibt sich der theoretische 1000-

fache Datendurchsatz zur heutigen

Infrastruktur.

Für die Halbleiterhersteller kommen

neben CMOS jetzt noch

neue Materialien wie SOI, GaAs,

und GaN hinzu und die Qualitätsanforderungen

an SMT-Bauteile,

Laminate und IC-Packages

steigen für höhere Frequenzanwendungen

für 5G (24...40 GHz)

und Automotive (77...81 GHz).

GHz auf Leiterplatten

Abschirmung der HF-Leitungen

Mit massiven MIMO- oder

Patch-Antennen lassen sich

neue „Air Interfaces“ mit geringer

Latenz für massive Verbindungen

umsetzen. Dazu werden

Sendekeulen aus mehreren

Antennen gebildet. Durch

Phasenverschiebung kommt es

zu gewollten Interferenzen, die

Form der Antennenkeulen wird

schmaler und in eine Richtung

durch die Überlagerung verstärkt.

Durch Ansteuern mit

unterschiedlichen Phasen des

gleichen Signals von z.B. vier

Patch-Antennen, kann die Richtung

der Antennenkeule ausgerichtet

werden. Mit der richtigen

Steuerung können die Keulen

auch bewegten Objekten folgen.

Statt ein Signal auf alle vier

Antennen im Array zu verteilen,

lassen sich auch zwei Signale auf

zwei Antennenpaare verteilen.

So können zwei Geräte (WiFi-6)

oder Autos (5G) gleichzeitig auf

der gleichen Frequenz in unterschiedlichen

Richtungen kommunizieren,

ohne dass sich die

Signale stören. Damit steigt die

Leistungsdichte.

Herausforderungen an

Antennen

Um Antennen zu einem Array

zusammenzuschalten, braucht

es absolut exakte Verhältnisse

bei der geometrischen Anordnung

der Antennen. Dann lassen

sich die Sendekeulen homogen

im Raum ausrichten. Dazu müssen

nicht nur die Geometrien

der Antennen gleich sein, auch

die Zuleitungen für die Signale

müssen für Hochfrequenz abgestimmt

werden.

Für das Design von Antennen

gibt es z.B. die Software AWR

Microwave Office, in der die

Form der Antenne definiert und

mit den Layout-Daten im PCB-

Tool bidirektional ausgetauscht

werden kann. Zur Berechnung

des realen Verhaltens ist es notwendig,

nicht nur die Antennen,

sondern auch die Zuleitungen bis

zum Ausgang des Verstärkers

zu berücksichtigen. Das elektrische

Verhalten dieser Geometrie

mit Antennen, Zuleitungen und

ggf. auch Durchkontaktierungen

kann mit einem 3D Field Solver

wie Clarity extrahiert und simuliert

werden.

Das Antennen-Design ist ein iterativer

Prozess. Um leistungsstarke

Antennen auf Leiterplatten

zu entwerfen, sind viele Kompromisse

notwendig. Die Größe

der Antenne steht im Widerspruch

zur Miniaturisierung der

Geräte und dem verfügbaren

Bauraum. Um bessere Leistung

zu erreichen, kann lokal in der

Leiterplatte ein Prepeg mit einem

anderen ε r und Loss Tangent von

0,002 als Inlay-Dielektrikum für

den HF-Bereich in der Leiterplatte

verwendet werden. Solche

Inlays stellen in der Fertigung

kein Problem mehr dar und erhöhen

die Kosten nur minimal. Der

Allegro PCB Editor unterstützt

Bereiche mit unterschiedlichem

Um die HF-Zuleitungen zu den

Antennen vor externen Störeinflüssen

zu schützen, können die

Leitungen durch Ground-Flächen

mit Shielding-Vias abgeschirmt

werden. Der Abstand

der Durchkontaktierungen zur

Schirmung sollte ʎ/6 betragen,

also einem Sechstel der verwendeten

Wellenlänge. Nach dem

Selektieren der HF-Leitung lässt

sich das Muster der Durchkontaktierungen

automatisch generieren.

Bei der Extraktion und

3D-Simulation wird die Schirmung

berücksichtigt.

Mehr Störungen anderer Geräte

Wenn mehr Geräte über drahtlose

Schnittstellen kommunizieren,

werden automatisch auch

andere Geräte gestört. Die Steigerung

von Leistungsdichten und

Erweiterungen des Frequenzbands

macht die Störfestigkeit

gegenüber anderen Geräten noch

wichtiger. Auch Entwickler, die

keine HF-Anwendungen auf

ihren Schaltungen haben, können

durch andere Geräte von außen

gestört werden. Antennen auf

Leiterplatten sind Kupferstrukturen,

durch die ein Wechselstrom

fließt, der ein elektromagnetisches

Feld bei bestimmten

Frequenzen erzeugt. Gleichzeitig

empfängt die Struktur auf den

gleichen Frequenzen elektromagnetische

Wellen und wandelt

diese in Ströme um. Dieses

Prinzip gilt für alle leitenden

Strukturen auf der Leiterplatte.

EMV ist nichts anderes als das

ungewollte Empfangen von

Energie und die Umwandlung

in Ströme, die das Verhalten der

elektrischen Schaltung stören.

Mit steigender Zahl von drahtlosen

Schnittstellen steigen die

Anforderungen an Simulation

und Prüfung der EMV-Festigkeit

jeglicher Elektronik. ◄

58 hf-praxis 11/2022


Software

FlowCAD

Systemdesign und Digital Mission Engineering

für nichtterrestrische 5G-Netzwerke

Keysight Technologies kündigte die Software

PathWave System Design (System-

Vue) 2023 an, um den Design-Prozess

für nichtterrestrische 5G-Netzwerke und

andere Wireless-Systeme zu beschleunigen.

Die jüngsten Verbesserungen an PathWave

System Design ermöglichen es Entwicklern

von Hochfrequenzsystemen (HF), digitale

Zwillinge ihrer Architekturen zu erstellen

und von einem hardwarezentrierten zu

einem simulationszentrierten Design-Flow

zu wechseln.

Neue 5G-NTN-Systeme weisen eine hohe

Komplexität auf, was die Entwicklungszyklen

belastet. Ingenieure suchen nach kommerziellen

Softwarelösungen, die sich mit

ihren bestehenden Umgebungen verbinden

und das virtuelle Prototyping ihrer Systeme

in anwendungsspezifischen Umgebungen

ermöglichen. Simulationen, die

von Messungen abgeleitete Modelle verwenden,

bieten eine höhere Realitätstreue

in einsatzkritischen Anwendungen wie der

Satellitenkommunikation und der Luft- und

Raumfahrt, sowie in der Verteidigung. Systemarchitekten

wollen realistische „Was-wärewenn”-Szenarien

erforschen, bevor sie Hardware

bauen, um das technische Risiko zu

verringern und die Zeit bis zur Markteinführung

zu minimieren.

PathWave System Design 2023 unterstützt

Entwickler, die mit integrierten Hochfrequenzschaltungen,

Unterbaugruppen und

Missions- oder System-of-Systems-Anwendungen

arbeiten, indem es System-, Basisband-

und Hardware-Verifikationstools in

einem kompletten HF-Systemmodellierungs-Workflow

verbindet. Ingenieure können

eine branchenführende Phased-Array-

Analyse durchführen, die alle nicht-idealen

Effekte über Kanäle hinweg und zwischen

Verstärkern und Antennen erfasst. Die neuen

Tool-Funktionen ermöglichen auch die

Modellierung nichtlinearer Systeme im Frequenzbereich,

um anwendungsspezifisches

Systemverhalten vorherzusagen.

Zu den wichtigsten Funktionen und Vorteilen

von PathWave System Design 2023 gehören:

• aktualisierter 5G-Transceiver in Verbindung

mit PathWave Vector Signal Analysis

(89600 VSA) 2023

Zu den Verbesserungen gehört ein voll funktionsfähiges

Kanalmodell, das alle Ausbreitungsmerkmale

für niedrige, mittlere und

geostationäre Erdumlaufbahnen nativ unterstützt,

einschließlich großer Pfadverzögerung

und Dopplerverschiebung bei großen

Frequenzen mit Trajektorienvisualisierung.

• zwei neue Benutzeroberflächen für die

Simulation: der Digital Pre-Distortion

(DPD) Explorer für Entwickler auf Schaltungsebene

in PathWave Advanced Design

System (ADS) und der DPD Designer für

Architekten in PathWave System Design

Diese Verbesserungen bieten eine noch

nie dagewesene Effizienz, Flexibilität,

Geschwindigkeit und Realitätstreue, die

durch die kompakten Signalformen und

neuen grafischen Benutzeroberflächen von

Keysight ermöglicht werden. Das neue

Dynamic Gain-Modell bietet eine konkurrenzlose

Leistungsverstärkermodellierung

mit Speichereffekten und unterstützt den

Workflow mit anderer Keysight-Software

und Messgeräten zur Extraktion.

• neue Load-Pull-Modellierung, die den

ultimativen digitalen Phased-Array-Zwilling

mit Leistungsverstärkermodellen

erstellt, die von Keysight-Messgeräten

oder Simulationen auf Schaltungsebene

abgeleitet sind

Phased-Array-Architekten können sich

darauf verlassen, dass ihre Systemsimulation

dank der Expertise von Keysight in der HF-

Messtechnik die höchste Genauigkeit bietet.

• Anbindung an die EXata-Software von

Keysight und die PROPSIM Channel Studio-Software,

die es Einsatzingenieuren

ermöglicht, einen digitalen Zwilling auf

5G-Netzwerkebene zu erstellen

Die realitätsgetreue Analyse der Bitübertragungsschicht

von PathWave System Design

und PROPSIM-Kanalmodelle verbessern

eine einzigartige Mischung aus statistischen

Simulationen von EXata. Entwickler können

die Leistung von NTN-Kommunikationssystemen

auf Netzwerkebene bewerten, ohne

Kompromisse bei der Genauigkeit, Komplexität

oder Simulationsgeschwindigkeit

eingehen zu müssen.

■ Keysight Technologies

www.keysight.com

PCB Design

für IoT und 5G

Effiziente Simulations- und

Design Lösungen für Antennen

Das Design neuer Anwendungen für

IoT, 5G und Bluetooth erfordert einen

anderen Ansatz als für Standard-PCBs.

Die Größe der Antenne steht im

Widerspruch zur Miniaturisierung der

Geräte und dem verfügbaren Bauraum,

was Kompromisse beim Design bedingt.

Das FlowCAD Webinar demonstriert

den RF-Entwicklungsprozess für ein

bestimmtes Referenzdesign, das an die

Anforderungen der realen Umgebung

angepasst werden muss.

Zum Erreichen der spezifizierten

Leistungsziele der Antenne werden

verschiedene What-if-Szenarien analysiert.

Auch die Empfindlichkeit der

Materialtoleranzen auf der Leiterplatte

werden untersucht.

Mit den verfügbaren Lösungen lassen

sich erhebliche Entwicklungszeit und

-kosten einfach einsparen.

5G

On-Demand Webinar

hf-praxis 11/2022 59

59


Die größte Auswahl an

HF-Verstärkern

ab Lager lieferbar von

Bauelemente

Frequenzen DC bis 87 GHz

Verstärkung von 10 bis 60 dB

P1dB von 2 mW bis 100 Watt

Rauschzahl ab 0,8 dB

Koaxialmischer deckt

RF/LO-Bereich von

2 bis 65 GHz ab

27-MHz-Verstärker hat

vier 19-W-Ausgänge

Digitales Stufendämpfungsglied

stellt Pegel

bis 43,5 GHz ein

Breitbandverstärker

Gain Blocks

High Power Verstärker

Rauscharme Verstärker

Ultra breitbandige

Verstärker

Leistungsverstärker

Begrenzerverstärker

High Rel Verstärker

Der koaxiale Frequenzmischer

ZMDB-653H-E+ von Mini-Circuits

bietet einen HF- und LO-

Frequenzbereich von 20 bis 65

GHz und einen ZF-Bereich von

DC bis 20 GHz. Der Mischer der

Stufe 15 (15 dBm LO-Leistung)

mit den Abmessungen 14,22 ×

14,22 × 8,64 mm (0,56 × 0,56

× 0,34 Zoll) und 1,85-mm-

Buchsen eignet sich besonders

für die Abwärts- und Aufwärtskonvertierung

von Frequenzen

in Verteidigungsradar-, Kommunikations-

und Testsystemen.

Die typische LO-RF-Isolation

beträgt 45 dB mit einem

typischen Umwandlungsverlust

von 11 dB von 20 bis 65 GHz.

Chip-I/Q-Mischer deckt

18...65-GHz-RF/LO-Spanne ab

Das Modell RFE-24M30

M075K+ von Mini-Circuits ist

ein Halbleiter-Leistungsverstärker,

der ein einzelnes 0,5-W-Eingangssignal

bei 27,12 MHz in

vier Ausgangssignale mit 19 W

typisch bei 3-dB-Kompression

umwandelt. Ohne die SMA-Eingangs-

und -Ausgangsbuchsen

misst der 50-Ohm-Verstärker

7,969 × 4,66 × 1,11 Zoll (202,4

× 118,36 × 28,19 mm). Er dient

als hocheffizienter Treiber für

einen Verstärker höherer Leistung

für die industrielle Beheizung,

Materialverarbeitung,

Plasmaerzeugung und andere

industriell-wissenschaftlichmedizinische

(ISM) Anwendungen

bei 27,12 MHz.

Breitbandiges Bias-T-Stück

für 10 MHz bis 54 GHz

Das digitale Stufendämpfungsglied

ZX76-44G-30-K+ von

Mini-Circuits bietet 0 bis 31,5

dB Dämpfung, einstellbar in

0,5-dB-Schritten von 100 MHz

bis 43,5 GHz. Das 50-Ohm-

Koaxialdämpfungsglied verfügt

über 2,92-mm-Buchsen

und eine parallele 6-Bit-Steuerschnittstelle

und wird mit

einer einfachen oder doppelten

Spannungsversorgung von 2,3

bis 5,5 V betrieben. Das digitale

Dämpfungsglied ist nahezu

ideal für Kommunikations-, EWund

Test-Systeme geeignet und

erreicht einen hohen Eingangs-

Interceptpunkt dritter Ordnung

(IIP3) von 50 dBm. Das typische

SWR beträgt 1,5 oder besser bei

allen Frequenzen.

High-Gain-Verstärker treibt

Signale im Bereich von

100 MHz bis 18 GHz

Laborverstärker

USB gesteuerte

Verstärker

Aktive HF-Produkte von Pasternack

LNAs und Leistungsverstärker

variable PIN-Diodenabschwächer

USB-kontrollierte Abschwächer

Frequenzteiler, -Vervielfacher

PIN-Dioden-Limiter

HF-Leistungs-Detektoren

koaxiale Mikrowellenmischer

kalibrierte Rauschquellen

koaxiale 1- bis 12-fach Schalter

abstimmbare SMD-Oszillatoren

USB-kontrollierte Synthesizer

MRC GIGACOMP GmbH & Co. KG

info@mrc-gigacomp.de

www.mrc-gigacomp.de

Tel. +49 89 4161599-40, Fax -45

Das Modell SMIQ-653H-DG+

von Mini-Circuits ist ein ungehäuster

MMIC-Chip-Frequenzmischer

mit einer RF/LO-Abdeckung

von 18 bis 65 GHz und

einem ZF-Bereich von DC bis 20

GHz. Der passive In-Phase/Quadratur-

und Level-18-Mischer

(18 dBm LO-Leistung) ist

nahezu ideal für 5G-mmWaveund

Backhaul-Funk sowie

Radar-, Test- und Satellitenkommunikationssysteme

(Satcom)

geeignet und führt Frequenzaufund

-abwärtskonvertierung mit

einem typischen Konversionsverlust

von 11,3 dB oder weniger

und einer typischen LO-

RF-Isolierung von 45 dB oder

besser durch.

Das Modell ZBT-V543-FT+

von Mini-Circuits ist ein koaxiales

Bias-T-Stück, das den

Funktionsbereich 10 MHz bis

54 GHz abdeckt. Es ist nahezu

ideal für die Energieversorgung

von aktiven Antennen, Verstärkern

und Laserdioden geeignet

und kann bis zu 1 W (30 dBm)

Leistung und 250 mA Gleichstrom

übertragen. Die Einfügungsdämpfung

beträgt typischerweise

0,8 dB von 10 MHz

bis 30 GHz und 1,8 dB bis 54

GHz. Die typische DC-zu-RF-

Isolation beträgt mindestens 30

dB. Das mmWave-Bias-T-Stück

hat einen 2,4-mm-Eingangsstecker

und eine 2,4-mm-Ausgangsbuchse.

Mini-Circuits‘ Modell

ZVA183WA-S+ ist ein Breitband-Koaxialverstärker

mit

einer typischen gesättigten Ausgangsleistung

von 30 dBm (1

W) von 100 MHz bis 18 GHz.

Die Ausgangsleistung bei 1-dB-

Kompression beträgt typischerweise

27 dBm (0,5 W). Die

typische Verstärkung beträgt

25 dB bis 6 GHz und 24 dB

bis 18 GHz mit einer typischen

Verstärkungsflachheit von ±1,5

dB. Der Verstärker behält eine

typische Rauschzahl von 4 dB

für Anwendungen mit großem

60 60

hf-praxis 11/2022


KNOW-HOW VERBINDET

Dynamikbereich bei und verfügt über einen

Überspannungs- und Rückspannungsschutz.

Er enthält SMA-Buchsen.

Verlustarme Schaltmatrix steuert 50 GHz

Bauelemente

EMV, WÄRME­

ABLEITUNG UND

ABSORPTION

SETZEN SIE AUF

QUALITÄT

Die mmWave-Schaltmatrix RC-3MTS-50

von Mini-Circuits verfügt über drei unabhängig

voneinander gesteuerte zweipolige

Umschalter (DPDT) mit geringen Verlusten

und hoher Isolierung von DC bis 50 GHz.

Die Schaltmatrix verfügt über 2,4-mm-

Buchsen und kann über USB- oder Ethernet-Steuerung

ferngesteuert werden. Sie ist

nahezu ideal für Testsysteme geeignet und

hat eine typische Einfügedämpfung von 0,8

dB oder weniger und eine typische Isolierung

von 65 dB oder mehr über den gesamten

Frequenzbereich. Die Schalter sind für

mindestens 2 Mio. Schaltzyklen ausgelegt.

Oberflächenmontierter Koppler leitet

5 bis 2350 MHz

(SPDT), Koexistenzfiltern für Sende- und

Empfangskanäle und HF-Entkopplungskondensatoren

für alle VCC- und Steuer-Pins.

Die Impedanz ist auf 50 Ohm abgestimmt.

Integriert wurde eine harmonische und

Außerbandfilterung, wodurch die Layout-

Fläche minimiert wird. Dieser IC erfordert

keine externen Anpassungskomponenten

und hat gleichspannungsfreie Eingangs-/

Ausgangsanschlüsse. Es benötigt eine DC-

Versorgung von 3,2…4,8 V. Das FEM ist

in einem 2 x 2 mm großen HWFLGA16-

Gehäuse erhältlich und eignet sich ideal für

Smartphones, Tablets, Netbooks und andere

tragbare Computergeräte, Modulanwendungen

für eingebettete Systeme und WiFi

6-Unterstützungsanwendungen. Betriebstemperatur:

-40 bis +85 °C.

■ NXP Semiconductors

www.nxp.com

Leistungsverstärker für 5,2 bis 5,9 GHz

liefert 60 W

Elastomer- und Schaumstoffabsorber

Europäische Produktion

Kurzfristige Verfügbarkeit

Kundenspezifisches Design

oder Plattenware

-EA1 & -EA4

Frequenzbereich ab 1 GHz (EA1)

bzw. 4 GHz (EA4)

Urethan oder Silikon

Temperaturbereich von ­40°C bis 170°C

(Urethanversion bis 120°C)

Standardabmessung 305mm x 305mm

Das Modell RDC20-232-75X1+ von Mini-

Circuits ist ein 75-Ohm-Richtungskoppler

in Oberflächenmontagetechnik (SMT) mit

20-dB-Nennkopplung und einer typischen

Kopplungsebenheit von ±1,2 dB von 5 bis

2350 MHz. Mit einer typischen Einfügungsdämpfung

von 0,85 dB bei 1800 MHz und

einer typischen Richtwirkung von 16 dB bei

1800 MHz kann er bis zu 30 dBm (1 W)

Eingangsleistung in der kompakten Top-Hat-

SMT-Konfiguration von Mini-Circuits verarbeiten,

was die Montage und Inspektion

erleichtert. Er ist gut geeignet für DOCSIS-

3.1/4.0-Systeme, wie etwa Kabelmodems.

■ Mini-Circuits

www.minicircuits.com

WiFi-6-Frontend-IC

Der WLAN7102C von NXP Semiconductors

ist ein WiFi-6-Frontend-IC, der von

5150 bis 5925 MHz arbeitet. Es besteht

aus einem integrierten Leistungsverstärker,

einem logarithmischen Leistungsdetektor,

einem rauscharmen Empfängerverstärker

(LNA), einem einpoligen Doppelhubschalter

Der MAPC-S1504 von Macom ist ein Leistungsverstärker,

der von 5,2 bis 5,9 GHz

arbeitet. Er liefert eine gesättigte CW/

Pulsed-Ausgangsleistung von 60 W bei

einer Signalverstärkung von 16,7 dB und

hat einen Wirkungsgrad von bis zu 50,5%.

Der Leistungsverstärker basiert auf GaNauf-SiC-HEMT-D-Mode-Technologie.

Er

benötigt eine DC-Versorgungsspannung

von 50 V und verbraucht 13,3 A.

Dieser Verstärker ist mit dem Macom Power

Management Bias Controller/Sequenzer

MABC-11040 kompatibel. Er ist in einem

RoHS-konformen Keramikgehäuse mit Luftkavität

erhältlich, das 15,6 x 4 x 20,32 mm

misst und für den Einsatz in militärischer

Funkkommunikation, Radar, Avionik, digitaler

Mobilfunkinfrastruktur, HF-Energieund

Prüfinstrumentierungs-Anwendungen

geeignet. Betriebstemperatur: -40 bis 85 °C

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Frequenzbereich ab 0,8GHz

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Temperaturbereich bis 90°C

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hf-praxis 11/2022 61

61


CPX-22_21_11_SCO_91x264 mm_2farb_new_CPX60_260.qxd 22.10.2020 18

1.6 ±0.1

4


CPX-11

UNIT: mm

1.6 x 1.2 x 0.4

2.0 ±0.1

0.45 ±0.1

0.75 ±0.1

0.5 ±0.2

4


CPX-22

0.75 ±0.1

1.6 ±0.1


4

C0.3

2.5 ±0.1

0.8 ±0.1 0.8 ±0.1

0.9 ±0.2

Quarze und Oszillatoren

CPX-21

...klein,

kleiner,

am kleinsten

Top View

Recommended Solder Pattern

1.1

1.05



4


Top View

➂ 4 ➂


2.0 ±0.1

UNIT: mm

2.0 x 1.6 x 0.45

1.2 ±0.1

0.55 0.3

0.45

0.4 ±0.05 max.

0.55

0.45 0.3

0.55

0.5

Recommended Solder Pattern

0.65 0.4 0.65


Top View

1.8

0.55


➂ 4 ➂


0.55

0.45 ±0.1 0.55 0.5

0.65

0.7

0.65


Recommended Solder Pattern

0.85 0.5 0.85


UNIT: mm

2.5 x 2.0 x 0.45

0.75

0.3

0.75



1.35

• Sonderfrequenzen

verfügbar!

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2nd Source Freigabe

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EPSON, CITIZEN, NDK, Jauch,

u.a. Hersteller!

1.2 ±0.1

1.6 ±0.1

SCO-16

4

1.6 ±0.1

UNIT: mm

1.6 x 1.2 x 0.7

4


Metal lid


4


Metal lid

UNIT: mm

2.0 x 1.6 x 0.8

±0.1 0.5 ±0.1


➂ 4

C0.15


➁ ➀

0.5 0.5 ±0.1

0.7 max.

SCO-22

2.5 ±0.1

0.4 ±0.1 0.4 ±0.1

0.3

Top View

Recommended Solder Pattern

0.6 0.5 0.6

0.5

0.5 0.3

1.1

SCO-20

Top View

1.7


➀ ➁


4 ➂

±0.1

UNIT: mm

2.5 x 2.0 x 0.9

±0.1 0.6 ±0.1 Top View



C0.2

4


➁ ➀

0.7 0.6 ±0.1

2.0 ±0.1

0.8 max.

2.0 ±0.1

0.9 max.

0.5 ±0.1 0.5 ±0.1

0.5

Recommended Solder Pattern

0.75 0.55 0.75

Rudolf-Wanzl-Straße 3 + 5

D-89340 Leipheim / Germany

www.digitallehrer.de

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Fax +49 (0) 82 21 / 70 8-80

0.65

0.65 0.5

0.7

0.8

0.8

Recommended Solder Pattern

1.1 1.1

0.9

0.9

1.3

1.7

1.3

1.0

1.3

Quarze und Oszillatoren

Hochleistungs-VCXO

mit geringem Jitter

Mit der Serie M3x5x hat der

US-amerikanische Hersteller

MtronPTI seinen neuen Hochleistungs-VCXO

(Voltage Controlled

Oscillator) in der platzsparenden

Bauform 5 x 3,2 mm

vorgestellt und erweitert damit

sein branchenführendes Portfolio

an High-Performance-Oszillatoren.

Der spannungsgesteuerte Oszillator

bietet eine herausragende

Jitter-Leistung von nur 130 fs bei

622,08 MHz über den gesamten

industriellen Arbeitstemperaturbereich

von -40 bis +85 °C.

Damit eignet er sich hervorragend

für anspruchsvolle Anwendungen

wie beispielsweise die

Verbindung von Rechenzentren,

Broadcast-Video sowie Test- und

Messanwendungen.

Die VCXOs der Serie M3x5x

unterstützen einen weiten Frequenzbereich

von 15 bis 2100

MHz und sind optional mit ein,

zwei oder vier Frequenzausgängen

verfügbar.

■ WDI AG

www.wdi.ag

Quarzoszillatoren

für Frequenzen zwischen

80 und 120 MHz

Neue Quarzoszillatoren der Baureihe

O-CS8 von NEL arbeiten

im Bereich von 80 bis 120 MHz.

Sie liefern eine Sinuswelle mit

einer Amplitude von 15 dBm

und einem SSB-Phasenrauschen

von -178 dBc/Hz bei 100 kHz

Offset. Diese Oszillatoren sind

mit einem SC-Cut-Quarz aufgebaut

und haben einen Betriebstemperaturbereich

von 0 bis 70

°C. Sie benötigen eine Gleichstromversorgung

von 3,3/5 V

und verbrauchen weniger als

3,5 W Leistung.

Diese Oszillatoren haben eine

maximale g-Empfindlichkeit

von ±0,5 ppm. Sie sind in

einem oberflächenmontierbaren

Gehäuse mit den Maßen 14 x 21

x 7,5 mm erhältlich und eignen

sich nahezu ideal für Datenkommunikation,

Telekommunikationssysteme,

Highend-Synthesizer,

Instrumentierung und Radar-

Anwendungen.

■ NEL Inc.

www.nelfc.com

Hybrider VCO arbeitet

von 950 bis 1450 MHz

Der RVC1616S von Rakon ist

ein weltraumtauglicher, hybrider

spannungsgesteuerter Oszillator

(VCO), der von 950 bis 1450

MHz arbeitet. Er bietet Entwicklern

von Satelliten und Raumfahrzeugen

eine außergewöhnliche

Leistung für geosynchrone

Umlaufbahnen (GEO) und

andere Anwendungen im Weltraum,

bei denen die Strahlungsspezifikationen

kritisch sind.

Der VCO hat einen Sinuswellenausgang

mit einer typischen

Ausgangsleistung von 5 dBm.

Er verfügt über eine Steuerspannung

von 1 bis 11 V mit einer

Ziehfrequenz von bis zu 15 MHz

und einer Schiebefrequenz von

bis zu 5 MHz/V. Der Oszillator

verwendet Dickschichttechnologie

und hat Oberwellen von

-15 dBc mit einem Phasenrauschen

von -99 dBc/Hz bei

10 kHz Offset.

62 hf-praxis 11/2022


Der RVC1616S ist äußerst zuverlässig und

gemäß ISRO-PAS-206 qualifiziert. Er ist

in Übereinstimmung mit MIL-PRL-55310

Klasse 2, Stufe S. Der Oszillator ist in einem

hermetisch versiegelten, oberflächenmontierten

Gehäuse mit den Abmessungen 16

x 16 mm erhältlich (wahlweise mit geraden

oder flügelförmigen Anschlüssen) und eignet

sich für Anwendungen wie Frequenzsynthesizer,

digital abgestimmte Oszillatoren

und Anwendungen, bei denen ein geringes

Rauschen und eine schnelle Abstimmung

erforderlich sind.

Weitere Produkt-Spezifikationen:

• Leistung: 0 bis 3,2 mW

• Eingangskapazität: 95 pF

• Versorgungsspannung: 12 V

• Versorgungsstrom: 40 mA

• Höhe: 4,3 mm

• Betriebstemperatur: -10 bis +55 °C

■ Rakon

www.rakon.com

Neuen Präzisions-Timing-Oszillatoren

Quarze und Oszillatoren

einer Stabilität von ±50 ppm der genaueste

aller 32-kHz-XOs ist und dabei bis zu 20 %

weniger Strom verbraucht.

Der SiT1881 ist ein automotive-qualifizierter

32-kHz-XO mit extrem niedrigem Stromverbrauch,

der für einen Betrieb bis zu 105

°C ausgelegt ist. Er ist ein programmierbarer

Oszillator mit einer Standardfrequenz von

32,768 kHz und der Möglichkeit, 17 weitere

Frequenzen von 1 Hz bis 262,144 kHz

zu unterstützen.

Der SiT1881 XO ist der stromsparendste

XO von SiTime mit einem Leerlaufstrom

von nur 490 nA. Darüber hinaus sind keine

Lastkondensatoren erforderlich, und er wird

in einem 1,2 x 1,1 mm messenden QFN-

Gehäuse geliefert. Dies ermöglicht eine bis

zu 75% kleinere Grundfläche im Vergleich

zu 2 x 1,2 mm großen SMD-Quarzen. Der

SiT1881 kann eine Last von bis zu 100 pF

treiben, was zusätzliche Systemeinsparungen

ermöglicht, da mehrere 32,768-kHz-Quarze

in einem Design vermieden werden können.

Mit diesem Baustein wird auch eine innovative

neue Reduced-Swing-Technologie

eingeführt, um die Gesamtleistung des Systems

weiter zu minimieren.

■ SE Spezial-Electronic GmbH

www.spezial.com

FREQUENCY

CONTROL

PRODUCTS

High-End Produkte

vom Technologieführer.

Seit über 70 Jahren

„Made in

Germany”

Ultrakompakte TCXOs

für 9...52 MHz

SiTime (Vertrieb durch SE Spezial-Electronic

GmbH) hat eine neue Familie von Präzisions-Timing-Lösungen

vorgestellt. Aufbauend

auf mehr als einem Jahrzehnt Innovation

im Bereich Präzisions-Timing bietet

SiTime eine einzigartige Kombination aus

Miniaturgröße, außergewöhnlicher Stabilität

und extrem niedrigem Stromverbrauch in

32 kHz Oszillatoren. Der SiT1881 könnte

daher schnell zum Standard für strom- und

platzsparende Zeitmessungsanwendungen

in modernen Autos werden.

SiT1881 Oszillatoren bieten eine unübertroffene

Kombination aus 4x besserer Stabilität,

20% weniger Stromaufnahme und 30%

geringerer Größe. Um Strom zu sparen, müssen

die elektronischen Teilsysteme häufig

und genau ein- und ausgeschaltet werden. Da

der 32-kHz-Oszillator das zeithaltende Element

ist und immer eingeschaltet ist, spielen

seine Genauigkeit und sein Stromverbrauch

eine wichtige Rolle bei der Reduzierung der

Gesamtleistung des Systems. Der SiT1881

ist der branchenweit kleinste XO, der mit

Der japanische Quarz-Spezialist KDS präsentiert

seine leistungsstarke TCXO-Reihe

DSB211SDN. Letztere zeichnet sich insbesondere

durch ihre hervorragenden Eigenschaften

bzgl. Phasenrauschen (-115dBc/

Hz bei Offset 100 Hz), Frequenztoleranz

(1,5 ppm ) oder Temperaturstabilität von

0,5 ppm bei -40 bis +85 °C aus.

Außerdem überzeugt die TCXO-Reihe mit

ihrem extrem kleinen Formfaktor (1,6 x

1,2 bis 3,2 x 2,5 mm), was sie zum nahezu

perfekten Bauelement für Anwendungen in

Industrie und Kommunikation, aber auch

in GPS/GNSS- sowie Automotive-Applikationen

macht.

■ CompoTEK GmbH

www.compotek.de

Waibstadter Strasse 2 - 4

74924 Neckarbischofsheim

Telefon: +49 7263 648-0

Fax: +49 7263 6196

Email: info@kvg-gmbh.de

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hf-praxis 11/2022 63

63


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+ SMD-Quarz im 3.2x1.5mm/2pads Gehäuse 32.768 kHz ±20ppm -40/+85°C mit 6.0, 7.0, 9.0 und 12.5pF Lastkapazität

+ SMD-Quarz im 2.0x1.2mm/2pads Gehäuse 32.768 kHz ±20ppm -40/+85°C mit 9.0 und 12.5pF Lastkapazität

+ SMD-Quarz im 1.6x1.0mm/2pads Gehäuse 32.768 kHz ±20ppm -40/+85°C mit 6.0, 7.0, 9.0 und 12.5pF Lastkapazität

+ SMD-Quarz im 3.2x2.5mm/4pad Gehäuse MHz Frequenzen – auch Automotive nach Spezifikation

+ SMD-Quarz im 2.5x2.0mm/4pad Gehäuse MHz Frequenzen – auch Automotive nach Spezifikation

+ SMD-Quarz im 2.0x1.6mm/4pad Gehäuse MHz Frequenzen – auch Automotive nach Spezifikation

+ SMD-Quarz im 6.0x3.5mm/4pad Gehäuse MHz Frequenzen – auch Automotive nach Spezifikation

+ SMD-Quarz im 6.0x3.5mm/2pad Gehäuse MHz Frequenzen – auch Automotive nach Spezifikation

+ SMD-Quarz im 5.0x3.2mm/4pad Gehäuse MHz Frequenzen – auch Automotive nach Spezifikation

+ SMD-Quarz im 7.0x5.0mm/4pad Gehäuse MHz Frequenzen – auch Automotive nach Spezifikation

+ SMD-Quarz im 7.0x5.0mm/2pad Gehäuse MHz Frequenzen – auch Automotive nach Spezifikation

+ SMD-Quarzoszillator 2.5x2.0mm/4pad MHz Frequenzen – 1.8 ~ 3.3VDC ±25ppm ~ ±100ppm bis -40/+125°C

+ SMD-Quarzoszillator 2.5x2.0mm/4pad 32.768 kHz – 1.8 ~ 3.3VDC ±25ppm ~ ±100ppm bis -40/+125°C

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+ SMD-Quarzoszillator 3.2x2.5mm/4pad 32.768 kHz – 1.8 ~ 3.3VDC ±25ppm ~ ±100ppm bis -40/+125°C

+ SMD-Quarzoszillator 5.0x3.2mm/4pad MHz Frequenzen – 1.8 ~ 3.3VDC ±25ppm ~ ±100ppm bis -40/+125°C

+ SMD-Quarzoszillator 7.0x5.0mm/4pad MHz Frequenzen – 1.8 ~ 3.3VDC ±25ppm ~ ±100ppm bis -40/+125°C M

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Full Support for Matter 1.0 in nRF Connect SDK

Nordic Semiconductor

announced that the release of

the latest version of its nRF Connect

SDK (software development

kit) brings developers support for

all the features in the 1.0 version

of Matter over Thread. This support

is related to the Connectivity

Standard Alliance’s (“the

Alliance”) formal adoption of

Matter specification version 1.0.

Matter is emerging as an industry-changing

standard for smart

home device interoperability.

nRF Connect SDK is Nordic’s

CelsiStrip ®

Thermoetikette registriert

Maximalwerte durch

Dauerschwärzung

Diverse Bereiche von

+40 bis +260°C

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scalable and unified development

tool for building products based

on the company’s nRF52 and

nRF53 Series Systems-on-Chip

(SoCs), the nRF91 Series System-in-Package

(SiP) plus the

just-announced nRF7002 Wi-Fi

6 Companion IC. nRF Connect

SDK 2.1.0 includes full Matter

over Thread and adds experimental

support for Matter over

Wi-Fi for the nRF5340 SoC in

combination with the nRF7002

Companion IC.

The incorporation of Matter

over Thread comes after Nordic

was the first company to earn a

Thread 1.3 certification badge

for the nRF Connect SDK earlier

this year. Thread 1.3 is a prerequisite

for Matter over Thread

and the certification can easily

be inherited by the company’s

customers for their own products.

While nRF Connect SDK 2.1.0

is feature complete, it is marked

as “experimental” because it had

been released before Matter 1.0

was formally adopted. Nordic

will soon release an nRF Connect

SDK 2.1.X to provide needed

bugfixes and small improvements

in Matter over Thread

and to remove the experimental

status. Customers can continue

using nRF Connect SDK 2.1.0

to conform to the Matter 1.0

specification following some

minor manual updates. Matter

over Wi-Fi will be raised

from experimental to full support

when the nRF7002 enters

volume production.

Matter is a connectivity standard

that forms a common language

to bring together disparate

ecosystems and enables smart

devices from different makers

to work in harmony. The standard

uses a common application

layer and data model that

delivers interoperability between

devices allowing them to

communicate with each other -

regardless of the underlying network

protocol or ecosystem. It

is built on market-proven technologies

using Internet Protocol

(IP). Matter runs on Wi-Fi,

Thread and Ethernet network

layers and uses Bluetooth LE

for commissioning.

Nordic customers are actively

developing Matter-compliant

devices today using the

company’s nRF52840 and

nRF5340 Systems-on-Chip

file: TI1CSmini-4346_2021

dimension: 43 x 46 mm

4C

(SoCs), which support Thread

and Bluetooth LE. The nRF7002

Wi-Fi 6 Companion IC also

supports Matter. Recent examples,

including Nordic customer

products using nRF52840

and nRF5340 SoCs, and Nordic

using its Thingy:53 prototyping

platform to run the Matter Weather

Station application, successfully

completed the Alliance‘s

Matter Test Events and Matter

Specification Validation Events

(SVEs). This success proves the

Nordic products’ maturity and

full compliance with the Matter

1.0 specification.

Nordic has recently been elevated

to the Alliance’s Board of

Directors and added as a Promoter

Member, the highest level

of membership. These changes

allow Nordic to further influence

the development of the

Alliance’s standards including

Matter.

■ Nordic Semiconductor

www.nordicsemi.com

3420...3430 MHz VCO

Crystek‘s CVCO55CC-3420-

3430 VCO (Voltage Controlled

Oscillator) operates from

3420 to 3430 MHz with a control

voltage range of 0.5 to 4.5

V. This VCO features a typical

phase noise of -110 dBc/Hz @

10 kHz offset and has excellent

linearity. Output power is typically

2 dBm.

Engineered and manufactured

in the USA, the model

CVCO55CC-3420-3430 is

packaged in the industry-standard

0.5 x 0.5 in. SMD package.

Input voltage is 5 V, with a max

current consumption of 23 mA.

Pulling and Pushing are minimized

to 1 MHz pk-pk and 1

MHz/V, respectively. Second

harmonic suppression is -15

dBc typical.

The CVCO55CC-3420-3430

is ideal for use in applications

such as digital radio equipment,

fixed wireless access, satellite

communications systems, and

base stations.

■ Crystek Corporation

www.crystek.com

hf-praxis 11/2022 65


Coverstory

Measure, Analyze, Improve – and Repeat!

Author:

Thomas Rottach

Siglent Technologies Germany

GmbH

www.siglenteu.com

Radio communication in all

its forms is one of, if not the,

largest growth market. GSMA

Intelligence‘s Mobile Economy

Report sees mobile networks as

critical to economic recovery

and the realization of Europe‘s

green and digital transformation.

The classic communication via

mobile phone is not the driving

area. Rather, industrial applications

and the networking of

all things in the consumer area

(Smart X) are the largest areas

of development. High data rates

are not always required, but even

small data rates multiplied by

a huge number of transceivers

lead to a large amount of data,

which heavily loads the sub-6

GHz spectrum. No wonder, then,

that more areas of the spectrum

above 6 GHz are also being

allocated for mobile communications.

FR1 of 5G has already

been extended up to 7.125 GHz.

FR2 is in the spectrum above 24

GHz. However, it is not the case

that all bands above 6 GHz are

free, so that mobile communications

is in competition with

applications in the areas of satellite

communication, radar and

the military.

An advantage of using higher

carrier frequencies is that more

bandwidth is available for the

individual channels. This allows

higher data rates for transmission.

A disadvantage is that the

free space loss is higher in these

areas and therefore the maximum

distance of data transmission is

reduced. Of course, this change

has a strong influence on the

requirements and thus also on

product development. For the

developers there are many new

challenges in the field of design.

In addition, a corresponding

measurement technology with

a larger bandwidth and better

specifications is required.

With the introduction of the

SSA5000A spectrum analyzer

series, Siglent can now also

address applications up to 26.5

GHz. At the same time as the

analyzer, the SSG5000A series

of HF signal generators with a

maximum frequency of 20 GHz

was introduced. Both devices,

individually or together, enable

the development engineer

to carry out a large number of

measurements. In the follow-

66 hf-praxis 11/2022


Coverstory

Occupied bandwidth OBW

Channel power (CHP)

Adjacent channel power ratio (ACPR)

Realtime-Spectrogram for time analysis

ing, typical applications and

measurements are explained and

presented.

As the name implifies, spectrum

analyzers are used to measure

and analyze signals in the frequency

range. There are two perspectives.

On the one hand, the

generated or received signal is

checked for quality. On the other

hand, it is important to ensure

that the signals do not interfere

with other communication channels.

In some cases, these two

fields are also closely related.

When developing communication

systems, a large number of

specifications must be complied

with. As an example Frequency

Division Duplex (FDD) systems.

The sender and receiver

are placed on different frequency

bands. These bands are again

divided into individual channels.

The channels can be separated

by frequency (FDMA), time

(TDMA) or orthogonal codes

(CDMA). Today‘s mobile radio

systems are mixed forms of it,

so the following measurements

are just a selection from a large

number. If you have to verify

the functionality, you have to

carry out some relatively simple

measurements. Measuring the

frequency accuracy, i.e. is the

modulated signal in the center

of the channel, helps to ensure

that up-converting worked properly.

Issues can arise, for example,

from temperature-dependent

fluctuations in local oscillators.

In addition, the bandwidth

of the modulated signal is also

determined (OBW - Occupied

Bandwidth). The signal may

only be within the specified

channel bandwidth, otherwise it

will interfere with the adjacent

channel. In this context, determining

the adjacent channel power

ratio (ACPR) is another important

measurement. An unclean

power supply or overdriving of

the front-end HF amplifier can

lead to „shoulders“ occurring

in the useful signal, which then

appear in the adjacent channels

and later communication on

these channels is disrupted. The

signal power must not exceed

the level specified by the standard.

Thus, the channel power

measurement is also a standard

measurement.

In systems with TDMA, the

channels are separated in time,

i.e. each channel may use the

full transmitter bandwidth but

only for a short time. GSM

(2G) was/is a representative

of this technology. In addition

to the measurements described

above, the behavior over

time must also be examined to

ensure that there are no timing

conflicts. These measurements

are mandatory and it does not

matter whether they are carried

out in the sub-6 GHz band or on

24 GHz. Siglent‘s spectrum analyzers

offer all of these measurements

in one package (AMK).

This also includes the possibility

to analyze signals in the waterfall

diagram. This is a useful analysis

option for channel or frequency

hopping. The images show corresponding

measurements of the

SSA5085A at 10.5 GHz.

A more detailed analysis to determine

the modulation quality

(transmitter end) or to evaluate

a radio transmission path is also

a common task. Pure spectrum

analyzers cannot do this, but

most analyzers today offer additional

options that can analyze

digital or analog modulations. In

comparison, special signal analyzers

offer an extended analysis

package. A spectrum analyzer

with an additional option is

sufficient for the evaluation of

transmitters or transmission links

in approx. 80% of cases. The

image below shows the analysis

of a 16QAM modulated signal at

10.5 GHz. The SSA5000A series

offers the options described

above. The individual windows

hf-praxis 11/2022 67


Coverstory

tion of subassemblies, which can

be used, for example, in satellite

communication in the X or

K band. The SSG5000A provides

the local oscillator signal,

the SSG5000X-V the I and Q

baseband signals. At the output,

the modulated, high-frequency

signal is recorded and evaluated

with the spectrum analyzer

as described above.

Channel Hopping Spectrogram

can be assigned different analyses.

Constellation diagrams,

measured values such as EVM,

frequency errors, etc. are available.

The frequency spectrum

and various time domain views

(also for I and Q separately) as

well as the decoded data can be

displayed.

Not all signals or components are

always available during a development

cycle, so signals have to

be provided externally. If a problem

arises during the evaluation

phase, it can be helpful to feed

in a known signal. Coming back

to the frequency drift example,

the local oscillator signal could

be replaced by a signal generator

like the SSG5000A. Once

the problem is resolved, the LO

device can be replaced or stabilized,

and the frequency stability

measurement and analysis

begins again. The picture shows

a possible measurement setup

for the evaluation or optimiza-

Summary: The development of

communication systems takes

place in many iteration steps.

There are a number of cycles

that go through from the initial

build to the finished product,

and different measurements

need to be taken at each stage.

As frequencies increase, so does

complexity, and developers face

many challenges when working

in this area. In order to be able

to overcome this, it requires the

support of powerful measurement

technology. The purchase

of these devices usually places

a heavy burden on every budget.

Thanks to their flexibility and the

very good price-performance

ratio, the two newly introduced

devices from Siglent enable

developments in the X and

K bands to be pushed forward

even with smaller budgets. ◄

If you come across irregularities

in the measurements accompanying

the development, the

search for the cause begins. The

real-time display can be very

helpful here. The additional

insights gained in this way help,

among other things, to uncover

time-varying interferers or the

temperature drift of the local

oscillator described above. The

representation in the real-time

waterfall diagram allows a very

precise temporal determination

of the occurrence frequency and

frequency.

In the field of EMC measurements,

real-time operation is

also a very helpful tool. Pulsed

interferers or broadband interferers

can be reliably detected and

analyzed with this. If disruptors

are „seen“, their origin can also

be localized and the causes eliminated.

Channel alignment at persistance mode

68 hf-praxis 11/2022


RF & Wireless

Temperature Compensated

Amplifiers

Pasternack, an Infinite Electronics

brand, has released a new

line of temperature compensated

amplifiers covering broadband

and ultra-broadband frequencies

ranging from 0.5 GHz to 40

GHz. These high-reliability temperature

compensated amplifiers

are available with and without

heatsinks to address multiple

precision performance and testand-measurement

applications.

Designs feature integrated voltage

regulators covering a DC

voltage ranging from 12 to +15

V and power levels ranging from

15 to 20 dBm. Pasternack’s new

coaxial packaged, temperature

compensated amplifiers are designed

for high reliability and

meet a series of MIL-STD-202F

environmental test conditions

for altitude, vibration, humidity

and shock. These rugged,

military-grade, compact, coaxial

packages also utilize MIC

thin film and MMIC semiconductor

technology. Additionally,

designs incorporate pin diode

attenuation circuitry that senses

and adjusts broadband gain

levels and maintains a minimum

gain level of 35 dB over the full

operational temperature range of

-55 to +85 °C.

■ Infinite Electronics

www.infiniteelectronics.com

High Precision GNSS Module

U-blox announced the selection

of the u-blox ZED-F9P as the

key receiver within Fixposition’s

Vision-RTK2 flagship product.

Real-time kinematic (RTK) GNSS

receivers integrate GNSS correction

data to achieve centimeterlevel

positioning accuracies in

open-sky environments. But like

all satellite-based positioning solutions,

the technology struggles

where GNSS signals are degraded,

for example, in and around warehouses,

shipyards, city canyons or

where they are completely unavailable,

such as indoors or underground

for extended periods of

time. This has prevented several

specialized segments of industrial

and agricultural applications from

benefiting from the technology.

Today, many applications operating

in challenging GNSS signal

environments integrate data from

inertial sensors – gyroscopes and

accelerometers – to determine a

GNSS receiver’s position when

GNSS signal coverage deteriorates

or is briefly interrupted.

The u-blox ZED-F9P is able

to deal with challenging GNSS

environments, but even the most

sophisticated solutions combining

GNSS and inertial sensing technology

drift significantly when

GNSS outages last more than

1-minute when odometry information

cannot be used. Fixposition’s

Vision-RTK2 solution provides

more possibilities, having developed

a deep sensor fusion engine

that combines the visually sensed

data with position data generated

using the GNSS receiver.

The result is reliable and globally

available position, orientation, and

velocity data that extends the performance

of the u-blox ZED-F9P

high precision GNSS modules into

environments that are beyond the

traditional reach of GNSS signals.

■ u-blox

www.u-blox.com

HIGH PERFORMANCE

Comes in Small Packages

Size enlarged

Actual size: 5 x 5 mm

Introducing a Family of GaAs MMIC Bandpass

Filters from Marki Microwave




Tight fabrication tolerances reduce unit-to-unit variation when


hf-praxis Available 11/2022 as an ultra-compact 5x5 mm plastic QFN Contact: sales@markimicrowave.com 69


5G/6G & IoT

Voice Call Aspects in 5G

Figure 1: Deployment scenario supporting voice in 5G

Author:

Reiner Stuhlfauth,

Technology Manager Wireless

Rohde & Schwarz

GmbH & Co. KG

www.rohde-schwarz.com

Voice communications are one

of the success stories of technological

evolution in the past

century. Even with the advent of

new technologies like machineto-machine

communications,

voice will play an essential role

in the world of tomorrow. With

5G deployments in full swing,

objective of this article is to provide

some technical background

on how 5G incorporates voice

call functionality.

5G is marketed as the main driver

for enhanced data services

with its eMBB, URLLC and

mMTC services. However, voice

and video services remain key

elements as subscribers continue

to demand them, with the

number of worldwide voice

subscriptions expected to double

by 2025. Consequently, operators

worldwide propel to offer

an increasing amount of voice

services.

This article presents the technical

details of how voice services

can be incorporated in a 5G network.

This includes the description

of the IP multimedia system

(IMS) support in a 5G system,

the presentation of the various

deployment options and also a

technical presentation of interim

solutions where a device camps

in a 5G network, but where voice

services are transferred to legacy

technology. Lastly, it will provide

a concise view presenting

the challenges of voice over

NR testing.

Old vs. new technologies

As part of the technological evolution,

we have seen a major

change from circuit-switched 2G

networks, with an initial focus

on telephony, to fully packetswitched

4G networks focused

on internet data communications.

This has culminated in the flexible

and sophisticated architecture

of 5G. Is the provisioning

of voice services like the battle

between classical age against

modernity? This is not the case.

Even if we assume a continuation

of well-known services, the

voice and video services incorporate

many technology features.

To quote the common proverb

“the devil is in the details”. There

will not be just one single technical

solution in the 5G system

offering voice services.

Due to the extended flexibility

in the 5G system and the various

network deployment scenarios,

operators need to adapt

their service introduction scheme

to the underlying infrastructure

scenarios. To put it simply: two

major circumstances influence

the methodology of introducing

voice services into 5G. First, we

need to contemplate the radio

access network (RAN) within the

5G system, i.e. whether 5G new

radio (NR) is offered in addition

to LTE as non-standalone access

(NSA, or option 3 deployment)

or whether there is a 5G standalone

(SA mode, or option 2

deployment) network. To go

further into the details, the NSA

mode includes network deployment

options offering dual-connectivity

scenarios where either

LTE is the primary radio access

technology (EN-DC) or 5G is the

primary radio access technology

(NE-DC). The second question is

what type of core network, either

EPC or the 5G core (5GC),

is used, and if voice services are

offered. In a dual connectivity

scenario, there can be a voice service

restriction indicated by the

radio access technology (RAT).

This description concentrates on

voice or speech services, though

5G may certainly offer video or

communication services, e.g.

Rich Communications Services

(RCS). These are managed in a

very similar way to the voice

services. A marginal difference

is the support of emergency

services. From a signaling perspective,

a network distinguishes

between an emergency voice

call and a general voice call.

Regarding protocol and transport,

emergency and voice are

handled in a similar way, except

for quality of service (QoS) profiles,

but a network may indicate

the support of both services as

separated offerings.

There is a small difference between

legacy networks and a

5G network offering voice ser-

70 hf-praxis 11/2022


5G/6G & IoT

Figure 2: Protocol layer for MTSI

vices, as the latter exchanges

connection parameters and service

access policies during the

registration procedure. The user

equipment (UE) will indicate its

capabilities to the network and,

in reverse direction, the network

offers subscribed services, i.e.

voice or video calls. With respect

to the devil who is in the details,

the offering of voice services can

be described as a per-UE policy.

The network offers its services

during the registration procedure

in the attach accept message and

not as general system information

indication to all. The main

reason is to sustain a high level

of flexibility, especially with

respect to the types of UEs. For

example, there may be a machine

type oriented device without the

voice capability. The indication

that a network supports emergency

services is broadcast via

system information. Thus, depending

on legal aspects, an anonymous

emergency call could

be supported without a subscriber

module known as SIM card.

The infrastructure for VoNR

Voice over NR is voice over IP

incorporating the IP multimedia

subsystem (IMS) infrastructure.

The IMS has already been introduced

in legacy technologies

like LTE. Its advantage is seen

as the ability to have in place a

management and orchestration

system that guarantees QoS for

each application from an end-toend

perspective, as opposed to

VoIP provided via traffic channel

only approach. The purpose of

IMS is the establishment, control

and maintenance of a packet

data unit (PDU) session, including

all relevant data bearers

with corresponding QoS flow for

best end-user quality experience.

There will be at least two data

bearers established, one for the

content, i.e. the speech packets

containing the encoded audio

itself, and a second bearer for

IMS signaling. Like in VoLTE,

there is a major difference with

voice over IMS in 5G system

(5GS) when compared to voice

services offered by external

applications, e.g. so-called overthe-top

(OTT) speech services.

This is because OTT speech may

operate transparently to the connectivity

network and there is

no IMS management to ensure

QoS. This raises the question:

how to connect IMS to the 5G

core representing the next generation

network?

For certain reasons such as timeto-market

acceleration, stepwise

network deployments, disaggregation

of network entities and the

coexistence with legacy technologies,

there is no single 5G

deployment scenario. The following

section will shed some

light on the plethora of 5G deployment

options supporting voice

services (see Figure 1).

The evolutionary paths describe

whether in an NSA connection

voice will be supported by

E-UTRA only and if the simultaneous

NR data connection

can either be sustained or suspended.

This option is referred

to as the voice over LTE in

EN-DC setup. The EPS fallback

describes the scenario where

5GC does not offer voice services;

if needed, the voice call

will be transferred to an EPS

connection (VoLTE), including

also a RAT change from 5G NR

to LTE. The advantage is that

the UE camps in 5G NR and

the handover to legacy network

is executed only when the voice

call is connected. Another fallback

mode is the RAT fallback.

The assumption in this mode is

that the core network supports

voice connection, but the current

RAT, presumably NR, does

not. As a consequence, a voice

connection is transferred from

NR to E-UTRA, representing

a RAT change only. Voice over

NR (VoNR) indicates a scenario

where the NR network directly

supports voice services and the

5GC offers a connection to IMS.

The primary deployment motivation

of VoNR is standalone

operation (SA) where 5GC connects

to IMS supporting voice

services. Thus, operators who

are driving the transition from

NSA to SA mode with to goal to

benefit from the entire 5G system

advantages need to consider

that VoNR is supported to ensure

the continuity of voice services.

However, VoNR also works in

non-standalone (NSA) operation

modes like E-UTRA and

NR dual connectivity (EN-DC).

5G supports multimedia telephone

services for IMS (MTSI),

representing the application

layer. The media flow consists

of audio, video and “text“ (here

corresponding to general data

as images, text, websites, etc.)

leveraging modern collaboration

and communication tools.

Figure 3: Voice over NR – protocol structure

To cherish the QoS support, the

real-time protocol (RTP), realtime

streaming protocol (RTSP)

and the real-time control protocol

(RTCP) coordinate the media

transport and tackle impairments

like delayed, disordered or misguided

packets. The transport and

network layers are realized by

the well-known protocols TCP,

UDP and IP (IPv4 and IPv6).

The RAT functions are provided

by either E-UTRA or 5G NR.

The session initiation protocol

(SIP) and the session description

protocol (SDP) undertake

the control plane of the voice

connection. For reasons of completeness,

Figure 2 contains the

network protocols DHCP and

DNS as they offer supplementary

services, e.g. home operator

services.

IMS supporting voice services

in 5G

The incorporation of IMS services

in 5G, including network

interfaces, protocol layers and

signaling scenarios, is the absolute

prerequisite for voice services

offered in 5G. To leverage

QoS aspects, a so-called QoS

flow is established between the

UE and the network, accompanied

by parameters such as

latency, priority, packet error

rate and guaranteed bit rate. To

reduce signaling overhead, 5G

assigns a 5G QoS flow identity

(5QI) to each QoS flow. All protocol

layers and network functions

are aware of this 5QI. There

is a recommendation to apply

those 5QI profiles: 5QI = 1 for

conversational voice, 5QI = 2

for conversational video requiring

certain QoS values, 5QI =

5 for IMS signaling and optionally

5QI = 6-9 for concurrent

hf-praxis 11/2022 71


5G/6G & IoT

Figure 4: EPS fallback signaling procedure

media flows with lower QoS

requirements.

As voice is considered an application

in a 5G system, there are

no mandatory configurations of

protocol layers. However, they

can be seen more as recommendations,

as voice focuses more on

latency than on reliability, and

aspects such as efficient usage of

the radio resources and energy

consumption play a pivotal role

in a voice connection. Semi-persistent

scheduling mechanisms

allow a quasi-constant scheduling

of guaranteed bit rate radio

resources with low signaling

overhead. Additionally, the slot

aggregation mechanism lets the

automatic repetition of a speech

packet increase reliability, with

focus on the reduction of latency.

Energy reduction is tackled by

discontinuous reception and

transmission (DRX and DTX).

The focus on latency before reliability

is clear: it is recommended

to set the RLC layer into unacknowledged

mode and to skip the

integrity check at the PDCP layer

for security reasons, with only

ciphering enabled.

Following the trend of high-quality

audio transfer, 3GPP developed

already in previous releases

the enhanced voice services

(EVS) speech codec that is now

mandatory with 5G voice. The

EVS continues the tradition of

link-adaptive multi-rate speech

codecs (AMR). Leveraging the

demand of enhanced audio quality

and allowing the transfer

of audio signals beyond speech

such as music, the EVS uses

the higher data rates offered by

5GS for the transfer of enhanced

encoded audio signals. Technically,

EVS increases the audio

bandwidth and covers the audible

frequency range from 20

Hz to 20 kHz, corresponding to

the typical range of the human

ear. To convert the analog audio

signal into a digital signal, the

EVS applies known methods

like amplitude quantization

and discrete sampling. As an

enhancement, compared to older

generation speech codecs, the

EVS provides a finer quantization

level and a higher sample

rate. One important aspect of

the EVS is its interoperability

codec mode that would allow

to adjust the EVS speech codec

also to legacy voice codec rates,

enabling a smooth introduction

of VoNR.

Regarding the infrastructure

architecture, the introduction

of voice services requires some

adaptation, and the flexible architecture

provides new optional

interfaces and functions. Firstly,

the operator needs to decide

which core network is incorporated

and whether it should

support voice services or not.

To put it simply, this leads to the

decision of offering either EPS

fallback or VoNR. Secondly, the

core network EPS or 5GC needs

to be connected to IMS via several

interfaces to exchange user

and signaling data. Via those

interfaces, the various network

entities communicate with each

other. As there is no default 5G

system, several entities and several

interfaces can be deployed

optionally, but their existence

or absence may have an impact

on the UE behavior.

1. The N6 interface provides

the data transfer between 5GC

and IMS. In the 5G system, the

N6 interface is already used to

exchange data between 5GC

and an external data network.

Thus, due to the introduction of

voice services, the N6 interface

needs to be extended and provides

a connection to another

data network, which is therefore

the IMS.

2. If both core networks are

applied, EPS and 5GC, the N26

interface may share some signaling

information between the

EPS mobility management entity

(MME) and the 5GC access and

mobility function (AMF). If this

interface is signaled as present,

the UE uses a single registration

procedure as the two core network

entities coordinate mobility

and registration.

3. The S5 interface allows the

exchange and coordination of

user data between the session

management (SMF) and the user

plane function (UPF) with the

serving gateway (SGW).

4. A common home subscriber

service center (HSS) allows the

coordination of subscription profiles

and access policies.

Voice over New Radio (VoNR)

VoNR describes the routing

and connection control of EVS

encoded speech packets over IP

protocol using the 5G NR radio

interface and the 5GC core network.

Figure 3 depicts the protocol

architecture of VoNR. The

protocol architecture incorporates

the IMS as described previously.

A major objective is the

provisioning of voice services in

a standalone operation of 5G,

but not restricted to 5G SA only.

One advantage with VoNR is the

ability to use the sophisticated

QoS support offered by the 5G

protocol layers for the applications

“voice and video”. A small

drawback may be that 5G may

not present the same coverage

as LTE from day one operation.

Consequently, a meticulous planning

and deployment with overlapping

coverage areas is recommended

to avoid dropped calls.

EPS- and RAT fallback

One may consider EPS fallback

or RAT fallback as interim

deployment scenarios to provide

voice services in an early timeto-market

approach, as they do

not require the full incorporation

of 5G core network. During

connection setup the call will be

72 hf-praxis 11/2022


5G/6G & IoT

Figure 5: Example of an audio quality analysis test setup

forwarded into an incumbent

LTE network. This is done via

the signaling procedure of either

a handover command or of

a channel release command containing

a redirection indication.

The decision of such a transfer

into legacy networks can either

be taken by the network during

call setup or it can be indirectly

requested by the UE. The latter

one would be the case when a

UE signals its support of voice

services during the registration

procedure, but confines this support

to LTE only. Consequently,

the UE in idle mode camps on

the higher-prioritized 5G network

and would only move to

LTE in case of an ongoing speech

call (see Figure 4).

To specify, EPS fallback represents

a change of two connections.

With respect to the connection

to the core network,

there is a switch from the 5GC

to the EPS, and with respect

to the radio interface connection,

a handover from 5G NR

to LTE is executed. RAT-fallback

maintains the connection

to the 5GC but changes the 5G

NR RAT to LTE. A third possible

implementation of voice

services incorporates an enhancement

of the existing LTE base

station architecture. The legacy

eNB will be extended to a next

generation NodeB (ng-eNB).

The ng-eNB uses the 5G protocol

layer PDCP instead of the

LTE protocol layer PDCP, but

the underlaying radio protocols

are still LTE-based. Compared to

a VoLTE connection, the advantage

with this approach is that

there will be an end-to-end voice

connection with sustaining of the

QoS profile, otherwise there has

to be a mapping from LTE QoS

to 5G QoS within the network.

Voice services in 5G – how test

and measurement enables its

success

To be precise, T&M does not

enable the voice services per

se. However, testing ensures

and verifies the application QoE

for the end user and the proper

functioning and implementation

of the voice services.

Voice over 5G operates similar to

voice over LTE, since the general

test setup does not differ very

much. However, various fields

of testing should be contemplated.

Testing voice services in 5G

typically starts with a basic verification

of proper implementation

and functional behavior. To

simplify, the question is whether

a call can be established and is

the voice signal audible. These

are the first test and measurement

questions to be answered,

followed by an enhanced analysis

that determines the quality of

the audio under well-known and

reproducible conditions. Besides

voice testing, mobile network

testing and benchmarking of

deployed services in a live network

ensures the experienced

user quality.

A setup for voice quality testing

includes mobile radio testing

capability supporting signaling

and functional testing, as well as

enhanced protocol procedures.

These include interoperability,

multi-connectivity and mobility

scenarios (see Figure 5). To investigate

the proper audio quality,

a test setup may also offer audio

quality test equipment, with either

digital or analog interfaces to

the mobile radio tester. To enable

stress tests, a test setup may

allow the activation of fading

on the radio interface and may

emulate network impairments

like IP-packet disordering, delay

or discarded packets.

In addition to the RAT technologies

5G and LTE, such a

setup may also support legacy

RAT such as 2G or 3G and noncellular

technologies like Bluetooth

or IEEE 802.11 WLAN,

as these technologies also offer

voice services. A technological

aspect not discussed here is voice

over non-3GPP technologies.

An obvious requirement of a

voice over 5G test setup is the

capability to emulate the IMS

network and its signaling protocols

SIP, SDP and data provisioning.

The audio quality is

typically indicated as mean opinion

score (MOS) value, derived

as a result of algorithms like

the perceptual quality for voice

(PoLQA) algorithm published by

the ITU. The advantages of a labbased

test setup are that the conditions

are reproducible, the test

repeatable and performed under

predefined conditions.

To monitor the quality of certain

applications like voice or video

and to fulfil the KPI requirements,

field or drive testing is

necessary. Here, a passive device

like a scanner is extended by a

device that can actively set up a

connection, and analysis on the

application quality can be performed.

In addition, network operators

may like to compare their

network quality in a benchmarking

process against other networks

or monitor the entire network

via multiple samples and

a statistical analysis to obtain a

summarized view.

To sum up, test and measurement

will play a pivotal role in

successfully enabling the market

introduction of voice services in

commercial 5G networks. ◄

Author

Reiner Stuhlfauth, Technology

Manager Wireless

Reiner holds a graduate

engineer’s degree in telecommunication

from the

University of Kaiserslautern.

He started his career

with a position as Network

Planning Engineer at a German

network operator. In

1999 he joined Rohde &

Schwarz as trainer for wireless

communication standards

and took the position

of Technology Manager in

2015. Reiner is one of five

co-authors of a book on 5G

technology, published by

Rohde & Schwarz.

hf-praxis 11/2022 73


5G/6G & IoT

LoRa Cloud enables customers to develop IoT

solutions faster using Cloud-based services

vices, and a full and limited functionality

option. This service is

also offered as a SaaS solution.

The latest service

By Karthik Ranjan,

LoRa Cloud solutions

and partnerships leader

in Semtech’s Wireless and

Sensing Products Group

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Where once companies bought

their own servers, cloud computing

has changed the landscape.

Customers of cloud computing

providers can avoid the expenses

of physical hardware and innovate

based on their applications

and data.

To complement its silicon offering

and help customers get the

most from the features they offer,

Semtech offers four Cloud-based

services.

The first service

is Join Server, a security service

that removes complexity and

risk associated with customers

having to deal with provisioning

their own device keys. The

Join Server handles key material

for sets of devices from one or

more manufacturers. Devices are

grouped into batches with consecutive

EUI ranges. Each batch

has a unique root key, which is

used to derive other keys such

as Network Session Key, such

that private keys never leave the

device. Together with pre-provisioned

device keys, the Join

Server service offers reinforced

security and LNS flexibility. It

is offered as a SaaS solution.

The second service

is Geolocation Solver. Previously,

geolocation required a full

GPS chip in the device and the

ability to calculate everything on

the device. This uses up battery

life very quickly. The location

service combines the features

of Semtech’s LoRa EdgeTM

LR1110, which can scan GNSS

satellites as well as Wi-Fi SSIDs

and partitions the processing between

the Cloud and the device

to get the location. This results

in extending the battery life of

an IoT tracker device to potentially

years compared to weeks to

months available from existing

GPS solutions. The Cloud service

provides both indoor and outdoor

geolocation, and automatic OTA

updates of the Almanac.

The third service

is Modem Services, focused

around configuring and managing

the modem at a very

detailed level. Features and benefits

include uplink data services,

modem status/configuration ser-

introduced at Embedded World

2022 was its breakthrough SaaS

chip-to-Cloud service, LoRa

CloudTM Locator, that uses

Semtech’s LoRa Cloud Modem

& Geolocation services. The

new service gives customers

the opportunity to experience

firsthand the power of devices

powered by LoRa Edge and evaluate

the accuracy and power

consumption capabilities of the

LoRa Edge platform which offers

an ultra low-power and costeffective

solution for indoor/

outdoor asset tracking use cases.

LoRa Cloud Locator features

built-in serverless technology

and delivers a simple end-to-end

experience for customers to evaluate

LoRa Edge implemented in

various ecosystem trackers, either

on a private or public LoRa-

WAN network.

LoRa Cloud Locator is designed

specifically to work with trackers

using Semtech’s LoRa Edge LRseries

chips with minimal effort.

Once configured on the service,

together with Semtech’s LoRa

wireless radio frequency technology

for transmission to the

Cloud, customers are able to

view the tracker location on the

map in typically in less than 15

minutes.

Those interested in LoRa Cloud

Locator can purchase a LoRa

Edge-enabled tracker, create a

LoRa Cloud Locator account and

discover how LoRa Edge unlocks

new use cases across the entire

global supply chain. To access

the service, customers can visit

locator.loracloud.com, where

they can browse a selection of

compatible trackers by Semtech,

Browan, Digital Matter,

Mimiq, and Miromico. Orders

run through CalChip Connect

and Indesmatech, two leading

74 hf-praxis 11/2022


5G/6G & IoT

LoRaWAN hardware distributors

based in respectively North America

and Europe. After purchasing

a tracker, customers can log in

to the application, register their

tracker and view its location on

a map using a browser on either

their desktop or mobile device.

To make a success

of any IoT application, customers

must build an end-to-end

solution. With LoRa Cloud, Semtech

enables customers to develop

those solutions faster, take

advantage of all the capabilities

in Semtech’s silicon offering and

bring solutions to market much

more quickly.

The LoRa Developer Portal is an

idea-sharing, educational, networking,

and technical support

platform designed exclusively for

innovators and business professionals

who have a strong interest

in deploying LoRa Technology

based Internet of Things (IoT)

and machine-to-machine (M2M)

solutions. The LoRa Developer

Portal offers many benefits

including technical support,

exclusive resources and a catalog

of hundreds of LoRa-based

commercially available products

and services. The LoRa Developer

Portal provides members

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RF & Wireless

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innovation leader, has

purchased Anritsu ShockLine

ME7868A modular 2-port vector

network analyzers (VNAs).

e2ip is using the ME7868A VNA

to confirm/validate performance

of its printed 5G Smart Surfaces,

an innovative signal distribution

technology that optimizes 5G

network performance for both

indoor and outdoor applications.

The unique design of the

ME7868A made it the best suited

test solution for the e2ip

5G Smart Surface. Its modular,

2-port design allows the VNA to

conduct highly accurate magnitude

and phase measurements

on the 5G Smart Surface, a thin

sheet with conductive ink strategically

printed that manipulates

millimeter wave (mmWave)

signals and improves wireless

connectivity and efficiency

with very high specificity. One

VNA port transmits the signal

to the 5G Smart Surface, while

the second port measures the

strength of the reflected signal.

Key factors in selecting the

ME7868A were its performance

and portability. Integrating

Anritsu’s proprietary PhaseLync

synchronization technology

allows the ME7868A

VNA to conduct accurate and

repeatable measurements. The

design of the ME7868A allows

the e2ip team to easily transport

it for demonstrations and proofof-performance

of 5G Smart

Surfaces.

Consisting of two MS46131A

1-port VNAs, the ME7868A

VNA uses the MS46131As as

portable VNA ports to deliver

vector transmission measurements

over longer lengths and

at a lower cost than conventional

2-port VNAs. As the first

modular-port-based VNA, the

ME7868A eliminates the need

for long port cables to measure

transmission over distance.

PhaseLync enables two

MS46131A VNAs to conduct

full vector S-parameter measurements

over wide distances of up

to 100 m. PhaseLync improves

dynamic range and stability of

S-parameter measurements by

eliminating the need for long

cables with conventional benchtop

VNAs.

The modularity and performance

of the ME7868A met the stringent

test requirements of e2ip

technologies. The printed 5G

Smart Surface is an emerging

technology in surface electromagnetics

that re-shapes electromagnetic

propagation. A 5G

Smart Surface essentially enhances

wireless network deployment

applications by filtering, blocking,

or reflecting RF signals

emitted at a selected frequency,

including new 5G networks,

while remaining transparent to

RF signals emitted at other frequencies.

A 5G Smart Surface

helps to extend and evenly distribute

signals to low coverage

and dead zones to optimize

connectivity. They can act as a

band-stop, band-pass, reflector,

or diffuser of signals at varying

angles. These properties can then

be used to enhance the propagation

of mmWave signals and help

improve the overall reliability of

the network infrastructure.

Products such as 5G Smart Surfaces

are integral to the deployment

of 5G in both urban and

rural areas. They act as a passive

repeater (no power source)

that serves as a means for signal

transmission in congested areas

that are less than ideal for

mmWave frequencies and are

not suitable for base stations

or DAS. It is a more cost-efficient

approach for networks to

achieve key performance indicators

(KPIs).

■ Anritsu Corporation

www.anritsu.com

Wideband, Log Periodic, Directional Antennas

2Pasternack, an Infinite Electronics

brand and a leading

provider of RF, microwave

and millimeter-wave products,

has expanded its line of wideband,

log periodic antennas.

Pasternack’s new, high-performance,

wideband, log periodic

antennas operate from 600 to

6000 MHz for point-to-point

wireless communications. They

feature gain ranging from 3 dBi

to 16 dBi and can be used for

long-distance directional communication

over a wide range

of frequencies.

These outdoor-rated, directional

antennas function as boosters

where the existing cellular

signal is weak and needs

to reach longer distances. This

makes them ideal for strengthening

5G, 4G, LTE, CMDA,

LoRA, IoT and WiFi signals.

They also feature 8-inch to

12-inch pigtails terminated

with a single Type N female

connector, vertical polarization,

and brackets that allow for either

vertical or horizontal mounting.

The radomes of these 5G,

log periodic, directional antennas

have a weatherproof ABS

construction that ensures they

achieve optimum performance

and reliability in even the harshest

environments.

■ Pasternack

Infinite Electronics

www.infiniteelectronics.com

76 hf-praxis 11/2022


RF & Wireless

5-Way Resistive Power Divider

Model 151-170-005 is a 50-Ohm,

5-way power divider. The unit

has an average power rating

of 1-Watt with 1.3 maximum

SWR. The insertion loss above

theoretical loss is +/-0.75 dB

maximum, amplitude tracking is

+/-0.3 dB maximum, the operating

temperature range is 0 to 70

°C, and RF connectors are SMA

female. BroadWave Technologies

manufactures a wide variety

of resistive power dividers

in 2, 3, 4, 5, 6, and 8-way configurations.

Available connector

types are BNC, N, SMA, TNC

or mixed connector types for

unique applications. Average

power is up to 10 W for standard

units and many models

are in stock.

■ BroadWave Technologies,

Inc.

www.

broadwavetechnologies.com

“New” Standard for L Band,

GaN-SiC HEMT

Ampleon showcased the latest

solutions and innovative products

in GaN and LDMOS technologies.

A key highlight is the

brand new CLL3H0914L-700

GaN-SiC HEMT. This rugged

GaN transistor is optimised for

radar implementations where

long pulse width and high-duty

cycles are required. The transistor

was engineered to achieve

over 700 W of peak output power

from a single transistor while

operating at a voltage of 50 V

with industry-leading efficiency

of over 70% as well as designed

thermally for long pulse applications,

such as pulse widths (~2

ms) and 20% duty cycles.

These L Band GaN HEMT superior

performance capabilities

are demonstrated in a variety

of application reference designs

shown at the booth – including

ones for defence/aerospace

bands (960-1250 and 1030-1090

MHz), plus an L band ground

base radar (1200-1400 MHz).

This high-power density and

low-thermal resistance HEMT

is now in full volume production.

Units are available directly

from Ampleon or authorised distribution

partners, RFMW and

Digi-Key. Large signal models

in ADS and MWO can be sourced

via the Ampleon website.

■ Ampleon Netherlands B.V.

www.ampleon.com

Sector Antennas with WiFi 6E

Support

KP Performance Antennas, an

Infinite Electronics brand and

a manufacturer of wireless network

antennas, has introduced

a new line of 6 GHz, WiFi

6E capable sector antennas for

indoor and outdoor applications

such as large arenas and

stadiums.

VHF/UHF Dipole,

Collinear and Yagi

Antennas

KP Performance Antennas, an Infinite Electronics

brand and a manufacturer of wireless

network antennas, introduced a new series of

VHF/UHF dipole, collinear and Yagi antennas

for land mobile radio (LMR), public safety,

military communications, trunking and amateur

radio applications. KP’s innovative series

of VHF/UHF exposed dipole arrays, omnidirectional

collinear and Yagi antennas cover frequencies

of 135 MHz to 512 MHz and feature

high-power handling of over 200 W.

The rugged outdoor designs of these VHF/UHF

antennas ensure high performance in all environmental

conditions. The individual folded

and straight dipole antennas allow for minimal

storage and efficient transportation. KP

also offers pre-configured dipole arrays with

internalized cabling, making for quick and

KP’s new WiFi 6E sector antennas

offer high performance and

throughput while supporting frequencies

from 2.3 to 7.2 GHz.

They feature 17 dBi to 20 dBi

gain, 65-degree and 90-degree

coverage and 2x2 MIMO port

options for increased speed, versatile

coverage, and less interference.

These new sector antennas ship

with universal radio brackets for

easy installation and are shorter

than 40 inches, adhering to universal

zoning compliance. They

also feature Type-N connectors,

1200 MHz of extra bandwidth

availability, and dual slant

+/-45-degree polarization.

Using these sector antennas with

the extra 1200 MHz available in

the 6 GHz WiFi 6E band allows

users to reach speeds up to 1 to

2 Gbps. The antennas work on

2.4 and 5 GHz networks available

today and allow future-proof

network capabilities without a

need for antenna changes.

KP Performance Antennas’ new

WiFi 6E sector antennas are instock

and available for same-day

shipping. For product inquiries,

please call 1-855-276-5772.

■ KP Performance Antennas

Infinite Electronics

www.infiniteelectronics.com

500 W GaN on SiC HEMT

The Qorvo QPD1016 is a 500

W (P3dB) pre-matched discrete

GaN on SiC HEMT which operates

from DC to 1.7 GHz and

50 V supply. The device is in

an industry standard air cavity

package and is ideally suited

for IFF, avionics, military and

civilian radar, and test instrumentation.

■ RFMW

www.rfmw.com

simple deployments. The VHF/UHF antennas

feature multiple gain options with fixed and

adjustable dipole configurations. All components

are DC grounded for lightning protection

and are offered in optional prefabricated arrays

with fixed quarter-wave or half-wave spacing

from the mast.

■ KP Performance Antennas

Infinite Electronics

www.infiniteelectronics.com

hf-praxis 11/2022 77


RF & Wireless

RFMW introduces new products

15 GHz Divider

The UXN14M32K SuperDivider

is a DC to 15 GHz, highly

programmable integer divider

covering all integer divide ratios

between 1 and 4,294,967,295

(232-1). The device can be used

as a general purpose, highly configurable,

divider in a variety

of high frequency synthesizer

applications. It features low SSB

phase noise, a ceramic 4 x 4 mm

package. The SuperDivider can

be used as a general purpose,

highly configurable, divider in

a variety of high frequency synthesizer

applications.

Low-Cost, Surface Mount,

7 Order Bandpass

The ED2 BP038BW01S is an

innovative low-cost, surface

mount, 7 order Bandpass filter

for CBRS-Band cellular applications,

constructed within a

fused silica (glass) substrate.

These filters are designed to offer

excellent wideband rejection up

to 20 GHz without recurrence

making them ideal roofing filters

to complement the performance

of existing narrow band SAW or

BAW channel filters currently

used in a wireless cascaded

chain. With high-power handling

of 10 W CW, they’re small

in size and offer excellent temperature

stability. The substrate

material and wafer-level manufacturing

processes ensure high

repeatability from filter to filter.

ED2’s glass filters have excellent

rejection performance to 20

GHz and beyond. The BP03xxx

product family uses common

design processes and materials

making it easily customizable to

offer unique solutions to meet a

specific customer need in a short

lead-time, with a common footprint

from 0 to 10 GHz. Poles can

be added or removed to meet a

variety of size and performance

constraints. Evaluation boards

are available from inventory.

Semi-rigid

RF Cable Assemblies

Smiths Interconnect’s semi-rigid

RF cable assemblies are available

with a wide variety of flexible

and semi-rigid cable types with

space orbit qualifications and

are well-suited for satellite payloads

(GEO/MEO and LEO constellations),

deep space probes,

ground antenna networks, and

space robotic systems.

Fractional-N PLL

The CMX940 is a low-power

high-performance Fractional-N

PLL with fully-integrated wideband

VCOs and programmable

output divider, generating RF

signals over a continuous frequency

range of 49 to 2040

MHz. It has two level-controlled

single-ended RF outputs to support

Tx and Rx sub-systems. A

configurable reference path can

be used to minimize close-in

phase noise and mitigate integer

and sub-integer boundary spurious.

The chip configuration is

controlled by an SPIcompatible

C-Bus serial interface. Available

in a 7 x 7 mm VQFN package,

the CMX940 reduces component

count and PCB board area,

requiring only external loop filter

and clock reference to provide a

complete and very compact RF

synthesizer solution.

Single Layer Capacitors

Knowles has released a new

engineering design kit containing

a range of SLC’s (Single

Layer Capacitors). Engineers

can access samples of single

layer capacitor variants, including

their Wire-bondable Border

Caps, Broadband Millicaps,

High Frequency V-Series Caps,

and Gap Caps – all important

components used in DC Blocking,

RF Bypassing, Filtering,

Tuning, and Coupling across a

broad range of applications. Visit

the RFMW website for a full

list of contents including sizes,

values, and voltages.

55 W Discrete GaN

on SiC HEMT

The Qorvo T2G4005528-FS is a

55 W (P3dB) discrete GaN on

SiC HEMT which operates from

DC to 3.5 GHz. The device is

constructed with Qorvo’s proven

GaN25 production process,

which features advanced

field plate techniques to optimize

power and efficiency at

high drain bias operating conditions.

This optimization can

potentially lower system costs

in terms of fewer amplifier lineups

and lower thermal management

costs. Bias Voltage 28 V,

and P3dB 63 W, 3.3 GHz (Load

Pull).

4-Way Power Divider

Knowles‘ PDW06089 is a 6...18

GHz, 4-way power divider/

combiner offering unmatched

size and performance in a surface

mount configuration. This

power divider utilizes DLI’s low

loss temperature stable materials

which offer small size and minimal

performance variation over

temperature.

Amplifier provide 25 dBm

Output Power Across 400 MHz

to 27 GHz

Marki Microwave‘s AMM-

7473PSM is a high-linearity,

low noise distributed amplifier

that can provide 25 dBm output

power across its 400 MHz to 27

GHz band and features excellent

gain flatness. The AMM-

7473PSM can serve either as

a linear signal amplifier, or as

a saturated driver amplifier for

H- or S-diode mixers.

■ RFMW

www.rfmw.com

78 hf-praxis 11/2022


RF & Wireless

Enhanced MT8870A/MT8872A C-V2X Measurement Functions

Anritsu Company introduced

LTE-V2X PSCCH TX Measurement

MX887068A-001 software

option enhancing the Cellular

Vehicle-to-Everything (C-V2X)

measurement function of Universal

Wireless Test Set MT8870A/

MT8872A. Adding this new

MX887068A-001 option to

the LTE-V2X Tx Measurement

MX887068A software for the

MT8870A/MT8872A not only

supports the Physical Sidelink

Shared Channel (PSSCH)

for LTE-V2X (PC5) but also

supports RF measurement of

the Physical Sidelink Control

Channel (PSCCH). As well as

supporting mass-production of

LTE-V2X (PC5) devices, this

option facilitates evaluation of

R&D RF test items.

By releasing this software

option, Anritsu is supporting in

pre-release laboratory evaluation

testing of V2X devices as

well as in configuring an effective

test environment for R&D

and mass-production.

LTE-V2X (PC5) will cooperate

with the other radio access technologies

such as 5G V2N (Vehicle

to Network) and the Global

Navigation Satellite System

(GNSS) and is expected to be

adopted for Connected Autonomous

Vehicle applications.

Japan, Europe, and China are

investigating introduction of

V2X to the New Car Assessment

Program (NCAP) and RF

evaluation of V2X is becoming

increasingly important from the

safety aspect. V2X communications

technology is used for

Dedicated Short Range Communications

(DSRC), such as

Intelligent Transport Systems

(ITS), and C-V2X using mobile

communication technology with

a wider communication range is

also being investigated.

Since the automotive industry

is investigating implementing

Autonomous Driving/Advanced

Driver-Assistance Systems (AD/

ADAS) with V2X, test solution

supporting R&D to mass-production

is required increasingly.

Anritsu is continuing to develop

various future automotive test

solutions for wireless connectivity,

ITS, AD/ADAS, infotainment,

etc., to help the automotive

industry secure Autonomous

Driving as well as a safe and

secure society.

Product Outline

The Universal Wireless Test Set

MT8870A/MT8872A series is

designed for developing and

mass-production various wireless

communication equipment,

modules, etc. Installing up to

four high-performance test units

in the main unit supports a seamless

frequency band up to 7.3

GHz with a 200 MHz bandwidth.

Each unit measures independently

in parallel, enabling the

MT8870A to quickly and simultaneously

evaluate multiple wireless

communications devices and

the industry‘s fastest.

■ Anritsu Corporation

www.anritsu.com

Passives with a Passion for Performance

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50 & 75 Ω

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Precision inductors

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0.060~5mm single

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hf-praxis 11/2022 79


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in range between devices, effects of

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• R&D testing of wireless “smart” devices

• Bluetooth, Zigbee, Z-Wave, Wi-Fi, IoT

• Qualification / acceptance testing of military radios

• UHF / VHF band man-pack / vehicular systems

• PMR / TETRA


Aktuelles/Impressum

Impulse für die Sub-THz-Forschung

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:

Ing. Frank Sichla (FS)

redaktion@beam-verlag.de

• Anzeigen:

Myrjam Weide

Tel.: +49-6421/9614-16

m.weide@beam-verlag.de

• Erscheinungsweise:

monatlich

Rohde & Schwarz ebnet mit

den neuen R&S FE170 D-Band-

Frontend-Erweiterungen den

Weg für Sub-THz-Forschung.

Genauer: Rohde & Schwarz

präsentiert eine innovative

Signalerzeugungs- und Signalanalyselösung

für Messungen

im D-Band, die die frühe Forschung

an der nächsten Mobilfunkgeneration

erheblich vereinfachen

wird. Die neuen R&S

FE170 Frontend-Erweiterungen

lassen sich ganz einfach am R&S

SMW200A Vektorsignalgenerator

und R&S FSW Signal- und

Spektrumanalysator montieren

und konfigurieren. Mit den

Erweiterungen decken die beiden

High-End-Messgeräte den

Frequenzbereich zwischen 110

und 170 GHz ab – ein Spektrum,

das für 5G-Nachfolgetechnologien,

die 6G-Technologie und

künftige Automotive- Radar-

Anwendungen eine Schlüsselrolle

spielt.

Die neuen Frontends

R&S FE170ST (Single Transmit)

und R&S FE170SR (Single

Receive) erweitern den

Frequenzbereich des R&S

SMW200A Vektorsignalgenerators

und des R&S FSW Signalund

Spektrumanalysators auf

110 GHz bis 170 GHz.

Das D-Band

welches von 110 GHz bis 170

GHz reicht, wurde von der Wissenschaft

und Branchengrößen

als mögliches Frequenzband für

die künftige Mobilfunkkommunikation

– insbesondere 5G-

Nachfolgetechnologien und 6G

– sowie für Automotive-Radar-

Anwendungen identifiziert.

Sub-THz-Forschung

Rohde & Schwarz treibt die

Sub-THz-Forschung mit innovativen

Testlösungen weiter

voran. Ein Messaufbau für die

Sub-THz- Forschung mit dem

R&S SMW200A und R&S FSW

ist jetzt einfach zu konfigurieren,

da nur drei Anschlüsse (ZF,

Referenzfrequenz und LAN)

benötigt werden, um die neuen

Frontends in die Grundgeräte zu

integrieren. Der Anwender muss

lediglich die IP-Adresse in die

Benutzeroberfläche der Grundgeräte

eingeben. Nach der Verbindung

werden die Frontends

direkt vom R&S SMW200A

und R&S FSW gesteuert, da

die Steuereinheit der Frontends

in deren Firmware integriert ist.

Da alle Korrekturdaten berücksichtigt

werden, bietet dieses

Konzept den großen Vorteil einer

vollständig kalibrierten Lösung.

Kompakter Formfaktor

Mit ihrem kompakten Formfaktor

von 152 x 190 x 50 mm

nehmen beide Frontends nur

wenig Platz auf dem Labortisch

ein. Dank dem leistungsstarken

internen Synthesizer, der einen

Lokaloszillator bereitstellt,

benötigt der Testaufbau keine

zusätzliche analoge Signalquelle,

sodass eine hervorragende Phasenrauschperformance

sichergestellt

ist. Durchdachtes Zubehör

wie Bandpassfilter und TX-

Leistungsverstärker verbessert

die Performance der Lösung

zusätzlich. Die R&S FE170ST

und R&S FE170SR Frontend-

Erweiterungen für die D-Band-

Forschung werden ab Ende 2022

erhältlich sein.

■ Rohde & Schwarz

GmbH & Co. KG

www.rohde-schwarz.com

• Satz und

Reproduktionen:

beam-Verlag

• Druck & Auslieferung:

Bonifatius GmbH,

Paderborn

www.bonifatius.de

Der beam-Verlag übernimmt,

trotz sorgsamer Prüfung

der Texte durch die

Redaktion, keine Haftung

für deren inhaltliche

Richtigkeit. Alle Angaben im

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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.

82 hf-praxis 11/2022


DC~67GHz

Millimeter Wave Cable Assemblies

GLOBES Elektronik GmbH & Co KG

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