Neuartiges Messsystem für Terahertz-Strahlungsleistung vorgestellt

Bisher war es im Terahertz-Spektralgebiet nicht möglich, die Strahlungsleistung von Millimeterwellen im sogenannten H-Band mit Frequenzen von 220 GHz bis 330 GHz rückführbar auf das internationale Einheitensystem zu messen. Die Lösung dieses Problems ist ein neuartiger Terahertz-Detektor, der im Rahmen eines deutsch-französischen Kooperationsprojekts entwickelt wurde. Die Partner in diesem Projekt mit dem Namen SCAFT (Sichere Kommunikation bei 6G-Frequenzen durch präzise THz-Leistungsmessungen) waren auf französischer Seite die Firma Lytid SAS und auf deutscher Seite die Firma SLT Sensor- und Lasertechnik GmbH und die PTB. Dieses internationale Forschungs- und Entwicklungsprojekt wurde auf der deutschen Seite durch das Zentrale Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM) gefördert. Nach dem erfolgreichen Projektabschluss konnte der entwickelte Prototyp auf dem 11. Internationalen Workshop zu Terahertz-Technologie und Anwendungen 2024 in Kaiserslautern zum ersten Mal einem internationalen Fachpublikum vorgestellt werden.

Die rasant steigenden Datenraten der drahtlosen Kommunikation bei zwangsläufig immer höheren Sendefrequenzen erfordern genaue Messungen der von einer Antenne abgestrahlten Leistung, um entsprechende Sicherheitsgrenzwerte einzuhalten. Für Frequenzen im H-Band werden Rechteckhohlleiter zur Übertragung vom Sender zur Sendeantenne verwendet. Aufgrund der kleinen Abmessungen solcher Hohlleiter ist eine Leistungsmessung innerhalb des Hohlleiters jedoch nicht möglich. Die Lösung besteht darin, die gesamte Strahlungsleistung direkt am Ausgang der Antenne zu messen. Ohne abbildende Optik muss diese Messung im Nahfeld der Antenne erfolgen, wobei eine speziell entwickelte Anordnung der Detektorelemente sicherstellt, dass störende Rückreflexionen in die Antenne vermieden werden. Die Grundlage dafür schufen Messungen der räumlichen Verteilung der von der Antenne emittierten Strahlung an der PTB und entsprechende Simulationsrechnungen von Lytid SAS. So kann nun das Unsicherheitsbudget einer Kalibrierung der spektralen Leistungsempfindlichkeit des von SLT hergestellten Prototypdetektors bei 300 GHz mit dem THz-Laser der PTB bestimmt werden. Auf diese Weise leistet die PTB einen entscheidenden Beitrag, die weltweite metrologische Lücke in der Detektorradiometrie zu schließen, bevor neue Hochtechnologieentwicklungen bei 6G-Frequenzen auf den Markt kommen.

Ansprechpartner:

B. Röben, 7.34, E-Mail:benjamin.roeben(at)ptb.de