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Charakterisierung von Messsystemen und -verfahren für THz-Kommunikationssysteme in der DFG-Forschergruppe METERACOM

Arbeitsgruppe 2.25

Profil

 

In dem Projekt METERACOM (Metrology for THz Communications) soll der Weg hin zu drahtlosen Kommunikationssystemen bei THz-Frequenzen geebnet werden. Die THz-Bänder werden langfristig notwendig sein, um die drastisch steigenden Signalbandbreiten zu realisieren, welche für die Kommunikation der Zukunft notwendig sein werden. Die Metrologie bei THz-Frequenzen ist noch in einem Frühstadium, und die Herausforderungen sind vielfältig. Hervorzuheben ist hierbei die deutlich höhere Übertragungsdämpfung im Vergleich zu den niedrigeren Frequenzbändern. In METERACOM wird die große Herausforderung der Metrologie für THz-Kommunikationssysteme systematisch untersucht und in vier wesentliche Themengebiete aufgeteilt:

  • Rückführbarkeit zum Internationalen Einheitensystem (SI)
  • Charakterisierung des Messsystems selbst
  • Metrologische Charakterisierung der Hochfrequenzkomponenten und des Ausbreitungskanals
  • Entwicklung von Messmethoden, welche für die Funktionalität von THz-Kommunikationssystemen benötigt werden.

An der PTB wird an mehreren Themen im Rahmen der Teilprojekte T, A1, und A2 gearbeitet:

  • Berechnung der Unsicherheit in Bezug auf die Primärstandards der Vektor-Netzwerkanalyse (VNA), um die rückführbare Charakterisierung der Komponenten der mobilen Messgeräte zur Kanalerfassung (Channel Sounder), sowie der Wellenleiterartefakte zu ermöglichen.
  • Bestimmung der Eigenschaften des Transmissionskanals, beispielsweise durch einen Vergleich von Channel-Sounder-Messungen mit Ausbreitungsmessungen mit VNA in geeigneten Testszenarien.
  • Untersuchung des Einflusses von Rauschen und der Einschränkungen durch die elektronische Hardware, um die optimalen Modulations- und Konstellationsformate für die maximale Biteffizienz zu identifizieren.
  • Analyse der Genauigkeit optischer Abtastsysteme und Vergleich zwischen elektrischen und optischen Abtastansätzen.
  • Bestimmung der Transferfunktion der optischen Abtastung mit Hilfe der Wellenformmetrologie (full waveform metrology). Dazu gehört die Entwicklung der benötigten Regularisierungen, Inter- und Extrapolationstechniken, sowie die Fensterung der Fouriertransformation.
  • Die Genauigkeit der Transferfunktion optischer Modulatoren soll analysiert und der Restfehler bestimmt werden. Das Ziel ist eine vollständige Darstellung der Transferfunktion inklusive der Kovarianzmatrix.
  • Kalibrierung von Antennen, Gruppenstrahlern, schwenkbaren Antennen, sowie die Charakterisierung integrierter Gruppenstrahler (phased arrays) für das Kommunikationssystem selbst und das Channel Sounding.

 

Abbildung: Messaufbau für die Antennencharakterisierung bei THz-Frequenzen.

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