Hochfrequenz- und Mikrowellentests

Hohe Komplexität moderner HF-Integration

Die Integration moderner Hochfrequenzkomponenten stellt Ingenieure vor erhebliche Herausforderungen. Verschiedene Wireless-Technologien wie Wi-Fi, Bluetooth, UWB und NFC müssen in immer kompakteren Geräten untergebracht werden. Der hohe Integrationsgrad bedingt eine dichte HF-Umgebung, in der Signalintegrität, Koexistenz und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften von zentraler Bedeutung sind. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, ist ein gründliches Verständnis der Funktionsweise von HF-Systemen in realen Anwendungsszenarien erforderlich, das sich auf empirische Erkenntnisse stützen muss. Vor diesem Hintergrund entwachsen HF- und Mikrowellen-Tests ihrer ursprünglichen Aufgabe der reinen Qualitätskontrolle und entwickeln sich zu einer Kerndisziplin der Ingenieurwissenschaften: Sie liefern die entscheidenden empirischen Daten, um die Lücke zwischen Simulation und marktreifem Produkt zu schließen.

Durch eine sorgfältige Charakterisierung und Validierung ermöglichen HF-Tests:

• Validierung von Prototypen anhand kritischer Leistungskennzahlen (KPI) wie Sendeleistung, Fehlervektorbetrag (EVM) und Empfängerempfindlichkeit
• Beseitigung komplexer Fehlerbilder durch die systematische Identifikation und Behebung von Problemen bei Signalqualität, Interoperabilität zwischen verschiedenen Wireless-Technologien und elektromagnetischen Störungen (EMI)
• Optimierung von Designs durch Feinabstimmung der Systemparameter, um das ideale Gleichgewicht zwischen Performance, Stromverbrauch und Wärmemanagement zu erreichen

Warum HF-Tests für Ihren Entwicklungsprozess entscheidend sind

HF-Tests sind nicht auf die Rolle einer abschließenden Qualitätskontrolle beschränkt. Sie bilden einen kritischen Prozess, mit dem sichergestellt wird, dass Ihre Geräte erwartungsgemäß funktionieren und geltenden Vorschriften entsprechen.

Validierung zentraler Performance-Anforderungen

In der Simulation mag ein Design perfekt erscheinen. Ein Modell ist aber immer nur ein theoretisches Konstrukt, mit dem sich die Gesamtkomplexität der Abläufe in der realen Welt nicht einfangen lässt. Die tatsächliche Betriebsumgebung bringt zahllose zusätzliche Variablen mit sich, etwa Fertigungstoleranzen, unerwartete parasitäre Störgrößen von Leiterplatten und unvorhersehbare Antennencharakteristiken, die die Geräte-Performance beeinträchtigen können. Durch HF-Tests lässt sich die reale Performance eines Geräts anhand kritischer Leistungskennzahlen (KPI) für die Signalintegrität und Gesamtfunktionalität validieren. Dieser Prozess umfasst die Bewertung der Sendeleistung, von der die Reichweite abhängt, der Empfängerempfindlichkeit für schwache Signale sowie der Modulationsgenauigkeit (EVM) als Voraussetzung der Datenintegrität. Bei der Performance-Validierung geht es nicht nur darum, bestimmte Mindestanforderungen zu erfüllen – sondern es ist der Nachweis zu erbringen, dass die zentrale Funktionalität unter realen Einsatzbedingungen robust und zuverlässig bereitgestellt wird.

Finanziellen Risiken vorbeugen und Kosten reduzieren

Mit frühen und systematischen HF-Tests investieren Sie unmittelbar in die Vermeidung späterer Kosten. Indem Probleme wie eine schlechte Signalintegrität, Antennen-Fehlanpassung oder mangelhafte Koexistenz bereits während der Prototypenphase identifiziert werden, bleiben den Ingenieuren im weiteren Entwicklungsprozess viele kostspielige Nacharbeiten erspart. Der proaktive Ansatz beugt teuren Leiterplatten-Revisionen und unerwarteten Projektverzögerungen vor – davon profitieren Ihr Budget und der Ruf Ihrer Marke über die gesamte Lebensdauer des Geräts.

Wichtige Parameter bei Hochfrequenztests

Ein HF-Design, das am Markt erfolgreich sein soll, kann sich nicht ausschließlich auf theoretische Überlegungen stützen – seine Tauglichkeit muss durch präzise, wiederholbare Messungen bestätigt werden. Die Anforderungen dieser Messungen sind in der Sprache der HF-Messtechnik formuliert – durch eine Reihe kritischer Parameter, die die Performance eines Geräts beschreiben. Die grundlegenden Parameter, die Rohde & Schwarz bewertet, um Ihre technische Planung und Produktentwicklung zu unterstützen, sind:

• S-Parameter:
  S-Parameter sind fundamentale Datensätze, die das Verhalten von HF- und Mikrowellen-Komponenten anhand der Signalausbreitung in einem Mehrtornetzwerk charakterisieren. Sie geben Aufschluss über die allgemeine Performance eines Geräts, insbesondere im Hinblick auf die Reflexions- und Transmissionseigenschaften. Sie sind von zentraler Bedeutung für die Analyse der Interaktion verschiedener Komponenten innerhalb eines Systems.
• Leistungs- und Frequenzgenauigkeit:
  Die Ausgangsleistung und Frequenzgenauigkeit sind die fundamentalen Kenngrößen eines Wireless-Signals. Die Leistungsgenauigkeit drückt aus, ob die tatsächliche Ausgangsleistung eines Senders oder Verstärkers mit dem spezifizierten Sollwert übereinstimmt. Sie spielt eine entscheidende Rolle für die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften und die Zuverlässigkeit der Datenübertragung. Mit der Frequenzgenauigkeit wird bewertet, wie präzise die Betriebsfrequenz eines Geräts dem Sollwert entspricht. Ungenauigkeiten können dazu führen, dass das Signal aus seinem vorgesehenen Kanal oder Frequenzband abdriftet, Störungen verursacht oder keine ausreichende Integrität bietet. Kurz gesagt definiert die Frequenz den Kanal oder das Band, während die Leistung die Stärke eines Signals angibt.
• Linearität:
  Die Linearität drückt aus, wie genau ein HF-System das Eingangssignal am Ausgang reproduziert. Ein Verstärker sollte beispielsweise über einen bestimmten Eingangspegelbereich eine konstante Verstärkung erzielen, ohne unerwünschte Verzerrungen einzuführen. Ein lineares Gerät bietet eine gleichbleibende Verstärkung im gesamten Betriebsbereich, sodass die Ausgangsleistung direkt proportional zur Eingangsleistung bleibt.
• Rauschzahl:
  Die Rauschzahl drückt aus, wie viel Rauschen eine Komponente, z. B. ein Verstärker, einem Signal hinzufügt. Mit anderen Worten bewertet sie die Verschlechterung des Signal-Rausch-Verhältnisses durch das Gerät. Dieser Parameter ist von größter Bedeutung, da er sich unmittelbar auf die Empfindlichkeit und den Dynamikbereich eines Systems auswirkt – von ihm hängt ab, ob das System in der Lage ist, schwache Signale zu erkennen.
• Fehlervektorbetrag:
  Der Fehlervektorbetrag (Error Vector Magnitude, EVM) ist eine allgemeine Kennzahl für die Bewertung der digitalen Modulationsgenauigkeit und findet in der Regel bei Wireless-Systemen Verwendung. Der EVM quantifiziert die Abweichung des tatsächlichen Signals vom idealen Signal und bietet damit ein direktes Maß für die Modulationsqualität und Gesamtintegrität des Signals.
• Leistungsaufnahme:
  Die Leistungsaufnahme bezeichnet die Gleichstromleistung, die ein HF-System für eine bestimmte Aufgabe in einem bestimmten Setup benötigt – beispielsweise die von einem HF-Verstärker bei einer bestimmten Frequenz und Verstärkung benötigte Energie. Sie spielt eine wichtige Rolle für den Systembetrieb, da von ihr die Batterielaufzeit und benötigte Wärmeableitung abhängen. Sie stellt eines der wichtigsten Unterscheidungsmerkmale verschiedener HF-Verstärker-Modelle dar.

Spezialisierte HF-Testmethoden von Rohde & Schwarz

Die grundlegenden Parameter einer HF-Bewertung sind zwar stets die gleichen. Sie effektiv anzuwenden, erfordert aber spezialisierte Methoden, die auf den konkreten Anwendungsfall zugeschnitten sind. Von der Charakterisierung eines einzelnen Transistors auf einem Wafer bis zur Prüfung fertiggestellter Geräte erfordert jede Phase des Produktlebenszyklus eigene Konzepte und Lösungen.

Mit dem Know-how von Rohde & Schwarz bewältigen Sie Ihre täglichen Testherausforderungen: