Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Vektor-Netzwerkanalyse mit Lasern

05.11.2015

Femtosekundenlaser ermöglichen präzise, kostengünstige Hochfrequenzmessungen und könnten zukünftig etablierte elektrische Geräte ersetzen

Vektor-Netzwerkanalysatoren (VNA) stellen heutzutage die präzisesten kommerziell erhältlichen Hochfrequenz-Messinstrumente dar. Durch kontinuierliche Weiterentwicklungen in den letzten Jahrzenten sind VNAs bis zu Frequenzen von 1 Terahertz (10 hoch 12 Hertz) einsetzbar, und es existieren komplexe Verfahren für Fehlerkorrekturen.


Ein Teil des experimentellen Aufbaus zur laserbasierten Vektor-Netzwerkanalyse

(Foto: PTB)

Allerdings sind VNAs sehr teuer und benötigen mehrere Frequenzerweiterungen, wenn sie in einem großen Frequenzbereich eingesetzt werden sollen. An der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) wurde jetzt ein VNA entwickelt, der auf rein optoelektronischer Messtechnik mit Femtosekundenlasern basiert.

Derartige Geräte sind eine kostengünstige Alternative zu rein elektrischen VNAs und könnten zukünftig für komplexe Hochfrequenzmessungen eingesetzt werden. Die Ergebnisse der Forscher sind in der aktuellen Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques veröffentlicht.

Das Messprinzip von VNAs beruht darauf, die Leistung von Signalen einer bestimmten Frequenz zu detektieren. Durch Frequenzvariation dieser Signale können frequenzaufgelöste Messungen realisiert werden. Die Messergebnisse werden mittels sogenannter Streuparameter angegeben.

Um ein Hochfrequenzgerät mit den Streuparametermessungen genau zu charakterisieren, ist es erforderlich, hin- und rücklaufende Signale voneinander zu trennen. Diese Trennung wird typischerweise mit Richtkopplern realisiert.

An der PTB wurde nun gezeigt, dass frequenzaufgelöste Streuparametermessungen auch mit laserbasierter Messtechnik möglich sind. Dabei kommt ein Femtosekundenlaser zum Einsatz, der Pulse im Nahinfrarotbereich mit einer Länge von ca. 100 Femtosekunden (10 hoch -13 s) erzeugt. Der Laserstrahl wird in zwei Teilstrahlen aufgespalten, einen Anregestrahl und einen Abfragestrahl.

Der Anregestrahl erzeugt in einem sogenannten photoleitenden Schalter Spannungspulse mit einer Länge von ca. zwei Pikosekunden, die auf einer planaren Wellenleitung entlang propagieren. Der Abfragestrahl wird dazu verwendet, um das elektrische Feld der Spannungsimpulse zu messen.

Dafür wird der Pockels-Effekt des Substrates ausgenutzt, auf dem die planaren Wellenleitung gefertigt wurde. Durch zeitliche Verzögerung des Abfragestrahls mit einer Verzögerungsstrecke kann die Form des Spannungsimpulses genau vermessen werden.

Die Hauptinnovation der PTB-Forscher liegt in der Trennung von hin- und rücklaufenden Spannungssignalen auf der planaren Wellenleitung durch laserbasierte Messtechnik, die damit den Richtkoppler in VNAs ersetzt. Diese Trennung, für die die Spannungsimpulse an verschiedenen Positionen auf der Wellenleitung detektiert werden müssen, funktioniert auch bei zeitlich überlappenden Signalen.

Mit dieser optoelektronischen Zeitbereichsmesstechnik konnten Streuparametermessungen auf planaren Wellenleitern bis 500 GHz mit einer 500-MHz-Schrittweite demonstriert werden. Die Technik kann aber auch zur Charakterisierung von koaxialen Elementen eingesetzt werden und ermöglicht die Realisierung eines sehr präzisen Spannungsimpulsstandards.
(es/ptb)

Ansprechpartner:
Mark Bieler, Arbeitsgruppe 2.54 Femtosekunden-Messtechnik, Tel. (0531) 592-2540,
E-Mail: mark.bieler@ptb.de

Die wissenschaftliche Veröffentlichung:
M. Bieler, H. Füser, K. Pierz: Time-Domain Optoelectronic Vector Network Analysis on Coplanar Waveguides. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 63, No. 11, 3775–3784, Nov. 2015

Erika Schow | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.ptb.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Innovatives Messmodul zur Bestimmung der Inaktivierungsleistung von UV-Hygienisierungsanlagen
22.01.2018 | Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e.V.

nachricht TU Wien entwickelt neue Halbleiter-Bearbeitungstechnik
22.01.2018 | Technische Universität Wien

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Vollmond-Dreierlei am 31. Januar 2018

Am 31. Januar 2018 fallen zum ersten Mal seit dem 30. Dezember 1982 "Supermond" (ein Vollmond in Erdnähe), "Blutmond" (eine totale Mondfinsternis) und "Blue Moon" (ein zweiter Vollmond im Kalendermonat) zusammen - Beobachter im deutschen Sprachraum verpassen allerdings die sichtbaren Phasen der Mondfinsternis.

Nach den letzten drei Vollmonden am 4. November 2017, 3. Dezember 2017 und 2. Januar 2018 ist auch der bevorstehende Vollmond am 31. Januar 2018 ein...

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

Veranstaltungen

15. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

22.01.2018 | Veranstaltungen

Transferkonferenz Digitalisierung und Innovation

22.01.2018 | Veranstaltungen

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

15. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

22.01.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Forschungsteam schafft neue Möglichkeiten für Medizin und Materialwissenschaft

22.01.2018 | Biowissenschaften Chemie

Ein Haus mit zwei Gesichtern

22.01.2018 | Architektur Bauwesen

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics