Roboter-Nahfeldmessung unter Verwendung der Einzelsonden-OTF-Technik
Die Nahfeldmessung (NFS) spielt eine entscheidende Rolle bei der Bewertung der Strahlung und Emission von elektromagnetischen (EM) Feldern, die von Mikrowellengeräten und -komponenten ausgehen. In den letzten Jahrzehnten wurden erhebliche Fortschritte bei der Verbesserung der Scankapazitäten erzielt, einschließlich des Einsatzes von Robotik, Hochgeschwindigkeitsgerätekommunikation und Ausrüstung mit hoher Abtastrate. Trotz dieser Fortschritte sind die Zeit- und Kostenbeschränkungen für Messungen immer noch durch Anforderungen an groß angelegte, hochauflösende Magnituden- und Phasenmessungen begrenzt, insbesondere in Bezug auf integrierte Schaltungen (IC) und Antennenanwendungen im Zusammenhang mit elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) Tests.
Dieses Projekt zielt darauf ab, die Zeit- und Kostenbelastungen herkömmlicher Nahfeldmessungen (NFS) um das Zehnfache zu reduzieren, ohne dabei die Genauigkeit zu beeinträchtigen. Dies wird durch den Einsatz einer innovativen Einzelsonden-On-the-Fly (OTF)-Datenakquisitions- und Verarbeitungstechnik erreicht. Als Nachweis wurde eine Spulenantennenbeispiel getestet, wie in (a) und (b) dargestellt. Die Technik wird auf kostengünstige Innen- und Außen-EMV-Tests bis zu GHz-Frequenzen ausgeweitet.
Kontakt: Dr. Cheng Yang
Relevante Publikationen
Complex Near-Field Measurement Using On-The-Fly Scan with In-phase and Quadrature Demodulation Proceedings Article In: 15 German Microwave Conference (GeMiC), Duisburg, Germany, March 11-12, 2024. |
Single-probe Near-field Phase Retrieval using On-The-Fly Scan and Hilbert Transform Proceedings Article In: EMC Europe 2023, Krakow, Poland, September 04-08, 2023. |
Hochfrequenz-Messung und -Modellierung von miniaturisierten Komponenten für High-Speed Anwendungen
Dr. Yifan Qian (DAAD & CSC Stipendiat) 10.07.21- 31.12.22
Mit der fortschreitenden Entwicklung von hoch-integrierten und hoch-getakteten elektrischen und elektronischen Systemen werden miniaturisierte Komponenten wie z.B. Surface Mounted Device (SMD) Kondensatoren, Dioden und Transistoren sowie Monolithic Microwave Integrated Circuits (MMICs) vermehrt in Hochfrequenz-Designs eingesetzt. Eine Folge davon ist, die genaue Modellierung der Impedanzen und anderer Charakteristika miniaturisierter Komponenten für den Entwurfsprozess immer wichtiger werden.
Dieses von DAAD und CSC kofinanzierte Projekt zielt darauf ab, parametrisierte, skalierbare Modelle gemäß des Schemas in der Abbildung unten zu erstellen. Die wesentlichen Forschungsaspekte hierbei sind: (1) Identifikation der größten parasitären Effekte, (2) De-Embedding/Kalibrationstechniken für Simulationen und Messungen und (3) automatisierte Modell-Generierung.
Flussdiagramm für Modell-Generierung von miniaturisierten Komponenten
Ein vollständiger Abschlussbericht von Dr. Yifan Qian ist in dem folgenden Dokument abgefasst: PDF
Funktionale Via-Strukturen in keramischen Multilagensubstraten
Promotion Ömer Faruk Yildiz, 01.01.2017 – 30.04.2021
Unter „Low Temperature Cofired Ceramcis“ (LTCC) wird eine Technologie verstanden, die sich im Gegensatz zu herkömmlichen Technologien von Leiterplatten, bzw. „Printed Circuit Boards“ (PCB), durch eine hohe Permittivität, niedrige dielektrische Verluste und geringe Fertigungstoleranzen auszeichnet. Die LTCC-Technologie bietet sich daher besonders für Anwendungen im Bereich der Hochfrequenztechnik an und kann hier, bedingt durch die mechanische Festigkeit und hohe thermische Leitfähigkeit, für eine hohe Integrationsdichte von HF-Bauelementen und HF-Komponenten sorgen. Zu diesem Zweck sollen funktionale Via-Strukturen (als Ersatz, bzw. Alternative zu Mikrostreifenleitungen) für den Entwurf von Filtern, Kopplern und Anpassnetzwerken verwendet werden. Dies ist bislang nur für PCBs bis 20 GHz erfolgreich umgesetzt worden und soll nun in LTCC-Multilagensubstraten auf 70 GHz erweitert werden. Hierfür müssen bestehende Modellierungsverfahren für Vias angepasst und erweitert werden. Anschließend sollen geeignete Teststrukturen sowohl entworfen als auch, mittels geeigneter Verfahren, messtechnisch erfasst werden.
Relevante Publikationen:
Functional Via Structures in Passive Microwave Components on Multilayer Ceramic Substrates Promotionsarbeit 2023, ISBN: 978-3-8440-9002-4. |
In: IEEE Electromagnetic Compatibility Magazine, vol. 10, no. 4, pp. 35-45, 2021. |
Analysis of Differential Crosstalk and Transmission for Via Arrays in Low Temperature Cofired Ceramics Proceedings Article In: IEEE Workshop on Signal and Power Integrity (SPI), virtual event, Siegen, Germany, May 10-12, 2021. |
In: IEEE Transactions of Components, Packaging and Manufacturing Technology, vol. 11, no. 4, pp. 635-646, 2021. |
Vertically Integrated Microwave-Filters Using Functional Via Structures in LTCC Proceedings Article In: European Microwave Conference (EuMC), virtual event, Utrecht, Netherlands, Jan. 12-14, 2021. |
Design of Wideband Functional Via Structures for LTCC Multilayer Substrates up to 110 GHz Proceedings Article In: IEEE Electrical Design of Advanced Package & Systems Symposium (EDAPS), Kaohsiung, Taiwan, December 16-18, 2019. |
Design of Experiments for Analyzing the Efficiency of a Multi-Coil Wireless Power Transfer System Using Polynomial Chaos Expansion" Proceedings Article In: Joint International Symposium on Electromagnetic Compatibility, Sapporo, Japan, 3-7 June 2019. |
Quantifying the Impact of RF Probing Variability on TRL Calibration for LTCC Substrates Proceedings Article In: IEEE Electronic Components and Technology Conference (ECTC), Las Vegas, USA, May 28-31 2019. |
Variance-Based Iterative Model Order Reduction of Equivalent Circuits for EMC Analysis Artikel In: IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, vol. 1, pp. 128-139, 2019. |
Feasibility of Uncertainty Quantification for Power Distribution Network Modeling Using PCE and a Contour Integral Method Proceedings Article In: 2018 Joint IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility & Asia-Pacific Symposium on Electromagnetic Compatibility, Singapore, May 14-17, 2018. |
Efficient Sensitivity-Aware Assessment of High-Speed Links Using PCE and Implications for COM Proceedings Article In: DesignCon, Santa Clara, CA, USA, January, 2018. |
Sensitivity Analysis and Empirical Optimization of Cross-Domain Coupling on RFICs using Polynomial Chaos Expansion Proceedings Article In: 2017 IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility & Signal/Power Integrity (EMCSI) Washington, DC, USA, 2017. |
Entwurf und Charakterisierung von HF-Komponenten und High-Speed Interconnects auf LTCC Substraten
Industrieprojekt, 01.12.2017 – 31.06.2019
In diesem Projekt werden in Zusammenarbeit mit einem Industriepartner verschiedene HF-Komponenten und High-Speed Interconnects auf Low Temperature Cofired Ceramics (LTCC) Multilagen-Substraten entworfen und charakterisiert. Das Projekt verfolgt im Generellen das Ziel, Erfahrung im Bereich Multi-GHz Entwurf für digitale als auch analoge Komponten auf LTCC zu gewinnen. Im Verlauf des Projektes werden (1) LTCC-Substrate messtechnisch analysiert und als Verbindungstechnik für breitbandige Kommunikation bewertet, (2) vertikale Durchkontaktierungen (Vias) und ihre Verwendung als funktionale Elemente für passive HF-Komponenten untersucht, und (3) allgemeine Entwurfs-Richtlinien auf Basis der erhaltenen Resultate abgeleitet. Die Charakterisierung erfolgt sowohl durch Simulation als auch Messung von Streuparametern bis 110 GHz.
Genereller Aufbau der Messumgebung: Probing-Station zum Halten des Low Temperature Cofired Ceramic (LTCC) Substrates und zur Bereitstellung des Zugangs mittels Messspitzen, Netzwerk-Analysator zur Messung der Streuparameter und Software-Tools für Kalibration und Nachbearbeitung derselben. (Quelle: TET, TUHH)
Entwurf passiver Mikrowellen-Komponentnen auf Multilagen-Leiterplatten mit Hilfe funktionaler Vias
Promotion Andreas Hardock. 01.01.2011 – 31.03.2015
Diese Arbeit behandelt den Entwurf von passiven Hochfrequenzkomponenten wie Filter, Koppler und Anpassnetzwerke auf Basis von funktionalen Vias (Durchkontaktierungen) in mehrlagigen Leiterplatten. Zu diesem Zweck werden die eigentlich parasitären elektrischen Eigenschaften der Vias detailliert analysiert und funktional eingesetzt. Die Entwürfe der Komponenten erfolgen auf theoretischer sowie auf simulativer Ebene und werden durch begleitende Streuparametermessungen bis zu 35 GHz validiert. Durch Vergleiche mit klassischen Hochfrequenzentwürfen auf Basis von Mikrostreifenleitungen werden die Vorteile und Nachteile in Bezug auf die elektrischen Eigenschaften und Platzbedarf diskutiert.
Relevante Publikationen:
Design of Passive Microwave Components on Multilayered Printed Circuit Boards using Functional Vias Promotionsarbeit 2016, ISBN: 978-3-8440-4615-1. |
Modeling of Mutual Coupling between Coaxial Probes in Flat Metallic Casings Using the Contour Integral Method Proceedings Article In: 2015 International Conference on Electromagnetics in Advanced Applications (ICEAA), Turin, Italy, September 07-11, 2015. |
Physics-Based Via and Waveguide Models for Efficient SIW Simulations in Multilayer Substrates Artikel In: IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques , Bd. 63, Nr. 6, 2015. |
Efficient Calculation of External Fringing Capacitances for Physics-Based PCB Modeling Workshop 2015 IEEE 19th Workshop on Signal and Power Integrity (SPI), Berlin, Germany, May 10-13, 2015. |
Chebyshev Filter Design Using Vias as Quasi-Transmission Lines in Printed Circuit Boards Artikel In: IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Bd. 63, Nr. 3, 2015. |
High Frequency Measurement Techniques for Vias in Printed Circuit Boards Artikel In: IEEE Electromagnetic Compatibility Magazine, Bd. 3, Nr. 4, 2014. |
Using Via Stubs in Periodic Structures for Microwave Filter Design Artikel In: IEEE Transactions on Components, Packaging and Manufacturing Technology, Bd. 4, Nr. 7, 2014. |
In: IEEE Electromagnetic Compatibility Magazine, Bd. 3, Nr. 1, 2014. |
Application of Vias as Functional Elements in Microwave Coupling Structures Artikel In: IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Bd. 61, Nr. 10, 2013. |
Analytical Extraction of Via Near-Field Coupling Using a Multiple Scattering Approach Workshop EEE Workshop on Signal and Power Integrity (SPI) Paris, Frankreich, 2013. |
Minimizing Displacement Return Currents in Multilayer Via Structures Proceedings Article In: IEEE Conference on Electrical Performance of Electronic Packaging and Systems (EPEPS), Tempe, USA, October 21-24, 2012. |
Double Stub Matching in Multilayered Printed Circuit Board using Vias Proceedings Article In: Electronic Components and Technology Conference (ECTC), San Diego, USA, May 29-June 1, 2012. |
Kontaktierungstechnik für breitbandige Multitormessungen in der digitalen Aufbau- und Verbindungstechnik
Promotion Miroslav Kotzev. 01.10.2007 – 29.02.2013
Diese Arbeit befasst sich mit der Testsignalkontaktierung und Signaleinführungstechniken für breibandige Multitor-Messungen im Bereich der Aufbau- und Verbindungstechnik für digitale Systeme im Frequenzbereich von wenigen MHz bis 50 GHz. Drei verschiedene Signaleinführungstechniken werden im Zeit- und Frequenzbereich untersucht. Zuerst wird die Leistungsfähigkeit der Kontaktierung mit koaxialen Steckern in Messungen des Übersprechens von Backplane-Stecker analysiert. Im nächsten Schritt wird die „Recessed Probe Launche“-Technik präsentiert, wobei die Ergebnisse aus aktuellen Untersuchen in Bezug auf ihre Kalibration, ihre Anwendungen für Messungen von eingebetteten Multilagen-Strukturen und mögliche Modifizierungen für die Verbesserung der Messbandbreite im Mittelpunkt stehen. Schließlich wird das Konzept eines neuartigen Multitor-Adapters in den Messungen von dichten Via Array Strukturen reduziert und die Ergenisse mit Micorprobe-Messspitzen basierten Messungen validiert. Basierend auf 3D Vollwellen-Simulationen werden Vorschläge für die Optimierung des Layouts gemacht, die für die Anwendbarkeit dieser Technik für Datenraten bis 20 Gbit/s und darüber hinaus notwendig sind.
Relevante Publikationen:
Probing and Fixturing Techniques for Wideband Multiport Measurements in Digital Packaging Promotionsarbeit 2013, ISBN: 978-3-8440-1910-0. |
In: IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Bd. 61, Nr. 12, 2012. |
Electrical Performance of a Multiport Interposer for Measurements of Dense Via Arrays Workshop IEEE Workshop on Signal Propagation on Interconnects (SPI), Naples, Italy, May 8-11, 2011. |
Custom-Made Calibration Standards for Measurements of Multilayer Substrates Proceedings Article In: German Microwave Conference (GeMic), Darmstadt, Germany, March 14-16, 2011. |
Effect of Via Stubs on the TRL Calibration Technique for Measurement of Embedded Multilayer Structures Proceedings Article In: European Microwave Conference (EuMC), Paris, France, September 28-30, 2010. |
Crosstalk Analysis in High Density Connector Via Pin Fields for Digital Backplane Applications Using a 12-Port Vector Network Analyzer Proceedings Article In: IEEE Conference of Electronics System Integration Technology (ESTC), Berlin, Germany, September 13-16, 2010. |
Multiport Measurement and Deembedding Techniques for Crosstalk Study in Via Arrays Workshop IEEE Workshop on Signal Propagation on Interconnects (SPI), Hildesheim, Germany, May 9-12, 2010. |
Extraction of Broadband Error Boxes for Microprobes and Recessed Probe Launches for Measurement of Printed Circuit Board Structures Proceedings Article In: IEEE Workshop on Signal Propagation on Interconnects (SPI), Strasbourg, France, May 12-15, 2009. |
Bandwidth Study of Recessed Probe Launch Variations for Broadband Measurement of Embedded PCB Structures Proceedings Article In: German Microwave Conference (GeMic), Munich, Germany, March 16-18, 2009. |