Wenn sich Entwickler Terahertz-Frequenzen nähern, geraten sie leicht in die Falle, die Schwierigkeiten zu unterschätzen, die bei Design, Simulation, Messung und Analyse auftreten können. Und es ist so, dass sich das Verhalten von Millimeterwellen stark von dem von Signalen im Basisband, HF oder Mikrowellen unterscheidet. Beispielsweise sind bei Wellenlängen von 10 mm (30 GHz), 1 mm (300 GHz) oder 0,3 mm (1 THz) Ausbreitungsverluste in der Atmosphäre hoch, insbesondere bei den Resonanzfrequenzen von Kohlenstoffmolekülen, Sauerstoff, Wasser und Kohlenstoff Dioxid. Außerdem erschweren diese Unterschiede die Energieerzeugung und es wird immer schwieriger, kalibrierte Messungen durchzuführen und brauchbare Ergebnisse zu erhalten. Ingenieure, die diesen Millimeterbereich erreichen, verlassen sich auf die Fähigkeit von Keysight, der Kurve immer einen Schritt voraus zu sein und Lösungen zu entwickeln, die Zugang zu genauen, wiederholbaren Messungen bei immer höheren Frequenzen und größeren Bandbreiten bieten. Das Engagement von Keysight für die kontinuierliche Entwicklung kommerzieller Tools für extrem hohe Frequenzen ergibt sich aus seiner bewährten Kombination aus Messwissenschaft und Millimeterwellen-Expertise. Anderen Branchen dabei zu helfen, immer einen Schritt voraus zu sein, ist Teil der Identität von Keysight, dessen neueste Versionen Entwickler dabei unterstützen, die gewünschten Ergebnisse bei 110 GHz und darüber hinaus zu erzielen.
Innovation in der Technologie und das Eröffnen neuer Horizonte
Die Millimeterwellentechnologie wird seit Jahrzehnten eingesetzt, insbesondere in der Luft- und Raumfahrt, im Verteidigungswesen und in Anwendungen für den Rückverkehr, wo die Vorteile die hohen Entwicklungs-, Herstellungs- und Supportkosten rechtfertigten. In den letzten Jahren haben Fertigungsfortschritte die Kosten von Geräten mit extrem hohen Frequenzen (EHF) gesenkt und sie für Verbraucher- und kommerzielle Anwendungen erschwinglicher gemacht. Beispielsweise haben Entwickler, die die Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS)-Technologie verwenden, Bauelemente mit einer fT von über 500 GHz hergestellt, und einige von ihnen zielen darauf ab, diese kostengünstige Technologie in den Terahertz-Bereich zu bringen. Als innovatives Unternehmen hat Keysight selbst bahnbrechende Forschung und Entwicklung im Bereich EHF-Komponenten durchgeführt. Die Fähigkeiten der Mitarbeiter in der Mikrowellen-Halbleitertechnologie haben die Entwicklung eines hochmodernen Indiumphosphid (InP)-Prozesses ermöglicht, der Transistorschaltfrequenzen von mehr als 300 GHz unterstützt und damit höhere Bandbreiten in integrierten Schaltkreisen und in Produkten wie z kürzlich eingeführtes Oszilloskop, das eine bahnbrechende Echtzeit- und Äquivalentzeitleistung bieten wird.
Überwinden Sie Hindernisse und garantieren Sie die Exzellenz der Maßnahmen
Zwei Hauptprobleme – Signalführung und Stromerzeugung – sind besonders kompliziert, wenn wir kommerzielle Testgeräte entwickeln wollen, die genaue und wiederholbare Ergebnisse liefern. Ein entscheidendes Beispiel wären Wellenleiter, die so perfekt wie möglich sein müssen, um die ordnungsgemäße interne Funktion eines jeden Millimeterwelleninstruments zu gewährleisten. Um Signale zwischen 100 GHz und 1 THz verarbeiten zu können, werden verschiedene Wellenleiterbänder benötigt. Bei Millimeterwellenlängen kann jede „Schiefe“ in einer Flanschverbindung unerwünschte Reflexionen verursachen, die die Signalqualität verschlechtern und die Signalleistung reduzieren. Angesichts der Schwierigkeit, bei diesen Frequenzen gleichzeitig Verstärkereffizienz und Linearität aufrechtzuerhalten, ist die Erzeugung angemessener Signalleistungspegel eine Herausforderung. Aus diesem Grund neigen wir dazu, den maximalen Leistungspegel zu begrenzen, den ein Signalgenerator oder Netzwerkanalysator erzeugen kann. In Bezug auf das Obige ist eine größere Bandbreite für Millimeterwellen attraktiv; Breitbandmessungen führen jedoch mehr Rauschen in das Instrument ein und erhöhen seinen Rauschpegel. Somit verringert eine Kombination aus niedrigerer Spitzenleistung und höherem Rauschpegel den verfügbaren Dynamikbereich bei Breitbandspektrumsmessungen. Sobald diese Probleme gelöst sind, besteht die nächste Herausforderung darin, sowohl das Instrument als auch den Testaufbau zu kalibrieren. Auch wenn es schwierig ist, Leistungspegel bei extrem hohen Frequenzen genau zu kalibrieren, ist eine präzise Leistungssteuerung unerlässlich, um die Messgenauigkeit sicherzustellen und Schäden am zu testenden Gerät zu vermeiden. Bei diesen Frequenzen können sich Messungen anfühlen, als gäbe es etwas Kunst und etwas Wissenschaft, und Ingenieure müssen ihre alten Gewohnheiten beiseite legen, einen bewussteren Ansatz wählen und ihre Erwartungen anpassen. Beispielsweise muss jeder Phase des Messaufbaus besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden: Instrumenten, Kabeln und Zubehör. Dies bedeutet, alles Notwendige zu tun, um perfekte Verbindungen, eine saubere Aufwärtswandlung von Ausgangssignalen, eine genaue Abwärtswandlung eingehender Signale, interne Störsignale mit niedrigem Pegel und ein gutes Management interner Harmonischer sicherzustellen. Diese Faktoren sind in der Spektrum- und Signalanalyse genauso wichtig wie in der Netzwerkanalyse und Charakterisierung von passiven (S-Parameter) oder aktiven (X-Parameter) Geräten. Und wir müssen diesen Herausforderungen noch einen weiteren entscheidenden Unterschied hinzufügen: In bestimmten Fällen muss die Verbindung zwischen dem Instrument und dem zu testenden Gerät auf dem Luftweg statt über Kabel oder Wellenleiter hergestellt werden. In diesem Fall ist es notwendig, die abgestrahlte Umgebung um den Testaufbau herum zu kontrollieren und zu kalibrieren.
Eine Führungsgeschichte im Äther
Obwohl die Verwendung der unterschiedlichen Arten von Wellen bei Geschäftsanwendungen auf dem Vormarsch ist, ist Keysight seit Jahrzehnten der Zeit voraus. Die ersten Gigahertz-Produkte stammen aus dem Jahr 1967 mit der Veröffentlichung des Netzwerkanalysators HP 8410, der bis zu 12 GHz maß und S-Parameter berechnete.In den späten 26,5er Jahren brachte das Unternehmen seine ersten Millimeterwellengeräte mit Signalgeneratoren auf den Markt über 45 GHz mit Aufwärtswandlern und Breitband-Netzwerkanalysatoren von 100 MHz bis 67 GHz, Spektrumanalysatoren und 2006-GHz-Handheld-Kombinationsanalysatoren (FieldFox, 50). Andere Beispiele sind ein 2015-GHz-Breitbandoszilloskop (Infiniium DCA-X 90D); ein 86100-GHz-Breitband-Transceiver (E68A); 7760 GHz Mikrowellen-Netzwerkanalysatoren, erweiterbar auf 67 THz (PNAX); ein analoger 1,1-GHz-Signalgenerator, erweiterbar auf 67 THz (PSG E1,1D); 8257-GHz-Oszilloskope (Infiniium Z-Serie) und ein 63-GHz-PXIe-Hochleistungs-Vektorsignalanalysator (M50A). Zuletzt, im Oktober 9393, veröffentlichte Keysight den Signalanalysator UXA X-Series N2016B, der erste, der eine kontinuierliche Frequenzabdeckung von 9041 Hz bis 3 GHz bietet.Seine voll integrierte Momentanbandbreite beträgt 110 GHz, und ein ZF-Ausgang unterstützt eine maximale Analyse Bandbreite von 1 GHz bei Anschluss an ein externes Keysight-Oszilloskop. Eine fortschrittliche Front-End-Schaltung erreicht eine effiziente, verlustarme Mischung, beispielsweise mit einem Display Average Noise Level (DANL) von bis zu –5 dBm/Hz bei der Charakterisierung breitbandig modulierter Signale im Frequenzband. Elektromagnetische Wellen. Durch den Einsatz frequenzerweiterter Produkte von zwei unserer Lösungspartner, Virginia Diodes, Inc. (VDI) und OML, Inc., können viele Signalgeneratoren, Signalanalysatoren und Netzwerkanalysatoren von Keysight Frequenzen zwischen 50 GHz und 1,5 THz überspannen. Beispielsweise umfasst eine kürzlich bereitgestellte Lösung eine Spektrumanalysefunktion bis zu 1,5 THz. Die Softwareprodukte von Keysight erfüllen die Notwendigkeit, Design, Simulation, Messung und Analyse bei Millimeterwellenfrequenzen zu integrieren. Design- und Simulationssoftwarelösungen ermöglichen einen effizienten Arbeitsablauf, der die Entwicklung von Geräten und Systemen der nächsten Generation beschleunigt. Die EEsof EDA-Familie von Keysight umfasst Schaltungssimulatoren, Löser für elektromagnetische Felder und Gerätemodellierungslösungen, die Ingenieure vom ersten Entwurf bis zum ersten Prototyp unterstützen. Tatsächlich verwendete das F&E-Team des N9041B-Analysators die Software Advanced Design System (ADS) von Keysight, um die ersten korrekten Designs für die am Eingang des Analysators verwendeten Millimeterwellenfilter zu erhalten.
Abschluss der Wellen
Ingenieure, die an Spitzentechnologie arbeiten, vertrauen Keysight seit mehr als 75 Jahren für einen einfacheren Zugang zu genauen und wiederholbaren Messungen bei immer höheren Frequenzen und größeren Bandbreiten. Heute bestätigt das Unternehmen erneut seine führende Position, indem es F&E-Ingenieuren Werkzeuge zur Durchführung von Entwürfen, Simulationen und Messungen bei Millimeterwellenfrequenzen anbietet. Kommerzielle Produkte wie der Signalanalysator UXA N9041B und ein Oszilloskop, das in Kürze auf den Markt kommen wird und auf einem hochmodernen InP-Prozess basiert, demonstrieren die Führungsrolle von Keysight bei Lösungen für Millimeterwellenanwendungen.
