Schwerpunkte

Für 6G- und Automotive-Radar

Erstmals OTA-Antennencharakterisierung im D-Band

21. Dezember 2020, 11:40 Uhr   |  Nicole Wörner

Erstmals OTA-Antennencharakterisierung im D-Band
© prirach / Adobestock

Rohde & Schwarz und IHP haben erstmals eine vollständige Messung der 2D- und 3D-Richtcharakteristik von Antennen auf Transceiver-Modulen durchgeführt, die für den Betrieb im D-Band vorgesehen sind. Ein wichtiger Schritt im Hinblick auf 6G- und Automotive-Radar-Anwendungen.

Das D-Band mit einem Frequenzbereich von 110 bis 170 GHz gilt als einer der vielversprechenden Kandidaten für kommende Drahtlos-Standards im Bereich Mobilfunk (Beyond 5G und 6G) und für zukünftige Automotive-Radar-Anwendungen. 

Ebenso wie 5G-Netze…

...und Komponenten für den Millimeterwellenbereich weisen aber auch Antennensysteme und HF-Transceiver-Module für zukünftige Drahtlos- und Automotive-Radar-Anwendungen gemeinsame Eigenschaften auf, die das Testen zu einer Herausforderung machen. Die hohen Betriebsfrequenzen, die höhere Anzahl an Antennenelementen und der Umstand, dass diese Module keine externen HF-Anschlüsse haben und somit nicht leitungsgebunden getestet werden können, erfordern Messungen über die Luftschnittstelle in einer geschirmten Umgebung – sogenannte Over-the-Air- oder OTA-Tests. 

Rohde & Schwarz,…

...als Experte für Funkkommunikationsmessungen, und IHP (Innovations for High Performance Microelectronics – Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik), haben dieses Messverfahren nun erfolgreich in den Sub-THz-Bereich übertragen und konnten erstmals vollständige 2D- und 3D-OTA-Messungen an einem Radarmodul bei Frequenzen im D-Band demonstrieren.

5G 6G Automotive Radar Messtechnik Rohde Schwarz IHP
© Rohde & Schwarz

Mit dem Messaufbau von Rohde & Schwarz lassen sich sowohl Amplituden- als auch phasenkohärente Messungen im D-Band durchführen.

Der Messaufbau bestand aus…

...einem Antennentestsystem R&S ATS1000, einem Vektornetzwerkanalysator R&S ZNA43 und der Antennen-Messsoftware R&S AMS32 von Rohde & Schwarz. Das R&S ATS1000 Antennentestsystem ist eine kompakte und mobile Schirmkammerlösung für OTA- und Antennenmessungen, ideal für 5G-Millimeterwellenanwendungen. 

Zur Abdeckung der D-Band-Frequenzen…

...wird der Messaufbau erweitert um Komponenten von Radiometer Physics GmbH, einem Unternehmen der Rohde & Schwarz Gruppe, die die Frequenzumsetzung direkt an der Messsonde sowohl in Sende- als auch in Empfangsrichtung erlauben. Damit sind keine mechanischen Anpassungen oder zusätzliche HF-Kabelverbindungen zum Antennentestsystem erforderlich. 

Mit diesem Messaufbau lassen sich sowohl Amplituden- als auch phasenkohärente Messungen im D-Band durchführen. Dank der R&S AMS32 Software-Optionen für Nahfeld-Fernfeld-Transformation und dem hochgenauen Positionierer lassen sich 3D-Messungen der Antennencharakteristik einschließlich Nachverarbeitung vollautomatisch in kurzer Zeit durchführen.

IHP stellte vier unterschiedliche Prüflinge zur Verfügung,…

...basierend auf dem gleichen D-Band-Radar-Transceiver-Chipset, jedoch mit unterschiedlichen Antennenstrukturen. Diese umfassten auf dem Chip integrierte (On-Chip) Patchantennen, ausgeführt als Einzelantennen und als übereinander angeordnete Antennen mit entsprechender Belüftung sowie einer On-Chip-Gruppenantenne. Mit Hilfe der OTA-Charakterisierung ließ sich nachweisen, dass die Ausführungen als Mehrfach- bzw. Gruppenantenne eine höhere Bandbreite liefern als die Einzelantenne.

Die Leistungsfähigkeit der verschiedenen Prüflinge wurde durch Messungen in einem Kugelkoordinatensystem mit zwei unterschiedlichen Messeinstellungen ermittelt. Durch Vergrößerung der Elevationsschrittweite von 1° auf 5° (Verringerung der Anzahl der Abtastpunkte) konnte die Gesamt-Testzeit für einen Prüfling von 70 Minuten auf 12 Minuten reduziert werden. Durch Vergleich der unterschiedlichen Prüflings-Designs anhand der gewonnenen Messdaten konnten die Forscher der IHP die Auswirkung des endlichen Reflektorbereichs auf das Sichtfeld (Field of View, FoV) eines Automotive-Radarsensors analysieren.

Prof. Dr. Gerhard Kahmen, Wissenschaftlich-Technischer Geschäftsführer der IHP, stellt fest: »Frequenzsysteme im Sub-THz-Bereich gewinnen in der Forschung und in vielen Anwendungsbereichen zunehmend an Bedeutung. Das auf das D-Band erweiterte OTA-Testsystem von Rohde & Schwarz ist eine hervorragende Lösung für die präzise und zeiteffiziente Charakterisierung von Strahlungsdiagrammen komplexer Antennenstrukturen, wie sie auf unseren D-Band-Radarchips implementiert sind. Für IHP sind diese Messungen wichtig, um einen noch besseren Einblick in die Physik der Antennenstrukturen zu gewinnen und deren Leistungsfähigkeit weiter zu verbessern. Die sehr erfolgreiche Zusammenarbeit mit einem der führenden Industriepartner auf den Gebieten Drahtlos- und Millimeterwellenkommunikation zeigt eindrucksvoll die Vorteile des engen Zusammenwirkens von Forschung and praktischer Anwendung.«

Im folgenden Video gibt es weitere Information zu OTA-Messungen im D-Band

© Rohde & Schwarz / Youtube

So haben Rohde & Schwarz und IHP die neue Messlösung für Automotive Radar und 6G realisiert.

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