Spezielles Messsystem am FBH Gebaut für 5G-MIMO- und Weltraumanwendungen

Keysight-Vertreter besuchten Anfang März das FBH und nahmen das Messsystem in Betrieb. Erste Reihe, v.l.n.r: Bernhard Schweiger (Regionaler Vertriebsbeauftragter) und Joel Dunsmore (Keysight Fellow), beide von Keysight Technologies. Hintere Reihe, v.l.n.r: Prof. Wolfgang Heinrich (Leiter der Abteilung Mikrowellentechnik), Dr. Olof Bengtsson (Gruppenleiter Mikrowellen-Messtechnik & Leiter des RF Power Lab), beide vom FBH.
Keysight-Vertreter besuchten Anfang März das FBH und nahmen das Messsystem in Betrieb. Vorne, v.l.n.r: Bernhard Schweiger (Regionaler Vertriebsbeauftragter) und Joel Dunsmore (Keysight Fellow), beide von Keysight Technologies. Hinten, v.l.n.r: Prof. Wolfgang Heinrich (Leiter der Abteilung Mikrowellentechnik), Dr. Olof Bengtsson (Gruppenleiter Mikrowellen-Messtechnik & Leiter des RF Power Lab), beide vom FBH.

Durch die Inbetriebnahme einer Messeinheit mit maßgeschneiderten Breitband-Mikrowellen-Downconvertern von Keysight Technologies sind nun am Ferdinand-Braun-Institut alle Schlüsselkomponenten für ein neuartiges 5G-MIMO-System vorhanden.

Das Berliner Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) verfügt ab sofort über ein spezielles 5G-MIMO-Messsystem (Multiple-Input Multiple-Output, MIMO) zur Charakterisierung von MIMO-Hardware für 5G-Telekommunikations- und Raumfahrtanwendungen. Die Installation der von Keysight Technologies gelieferten Breitband-Downconverter-Einheit ist ein wichtiger Meilenstein beim Aufbau dieses einzigartigen Messsystems. Die große Bandbreite, die Vielzahl von Ports und die Fähigkeit zur phasenrichtigen Vektorkalibrierung machen das System nach Aussagen des Instituts weltweit einzigartig. Gefördert wurde die Investition vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD).

Beispiellose Messmöglichkeiten

Das System ist auf eine kohärente Charakterisierung an 16 Ports im Frequenzbereich bis 67 GHz ausgelegt; dabei können Signale mit einer Modulationsbandbreite von mehr als 2 GHz verarbeitet werden. Zum System gehört auch die Vektorkalibrierung der Schnittstelle zum Testobjekt (DUT) – beispielsweise ein integrierter Mikrowellenverstärker auf dem Halbleiter-Wafer oder ein ganzes Verstärkermodul. Dank seiner Eigenschaften ist das Messsystem optimal geeignet, um Komponenten mit mehreren integrierten Verstärkern zu charakterisieren. Auch komplexe Kreuzmodulationen, wie sie bei Komponenten von modernen Strahlformungsanwendungen in der Telekommunikation und im Weltraum auftreten, sollen so vermessen werden können.

Als 2017 mit der Konzeption des Messsystems begonnen wurde, gab es keine Hardware auf dem Markt, die die Anforderungen des Mikrowellen-Messtechnik-Teams am FBH erfüllte. Daher haben die Ingenieure ein Gesamtsystem entworfen, das auf den damals modernsten Teilkomponenten verschiedener Anbieter basierte. Im Verlauf der Planungen wurden mehrere alternative Methoden für die Abwärtsmischung von Breitbandsignalen evaluiert, da besonders die geforderte Bandbreite und Dynamik des Systems schwer zu erreichen sind. In enger Abstimmung mit Keysight Technologies fiel die Wahl schließlich auf speziell angepasste, vektorielle Netzwerkanalysatoren, die auf der PNA-X-Plattform des Unternehmens basieren. Die PNA-X-Einheiten sind mit modifizierten Breitbandmischern und besonders breitbandigen Ausgängen für die Zwischenfrequenz ausgestattet. Auch der gemeinsame Betrieb von mehreren Lokaloszillatoren ist möglich. Kombiniert mit externen Digitalisierern weiterer Anbieter, ermöglichen es die PNA-X-Empfänger des Systems, mehrere Ports mit Zwischenfrequenz-Bandbreiten im 5-GHz-Bereich kohärent zu analysieren.

Das FBH konzentriert sich nun darauf, das System zu integrieren und voll funktionsfähig zu machen, um die erwartete Systemleistung zu erreichen. Nach und nach werden immer komplexere MIMO-Messungen möglich sein. 2020 soll zudem eine Luftschnittstelle hinzukommen, die Over-the-Air-Messungen für 3D-integrierte Antennen ermöglicht.

Arbeitspferd für Breitband-Messungen

Dieses Messsystem wird nun für die kommenden Jahre Eckpfeiler am FBH sein, mit dem MMIC-Verstärker charakterisiert und MIMO-Evaluierungen durchgeführt werden. Zudem soll es weitere Forschungen im Bereich von Breitband-Messtechniken ermöglichen. Nicht nur dem FBH und seinen Kunden bietet das 5G-MIMO-Messsystem vielfältige Messmöglichkeiten, sondern auch den Partnerinstituten, die sich in der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) zusammengeschlossen haben.