Beschreibung
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Thema der integrierten vektoriellen Netzwerkanalyse. Das Messverfahren der Netzwerkanalyse ermöglichte nicht nur in der Vergangenheit bedeutende technologische Fortschritte in der Hochfrequenztechnik sondern wird auch zukünftig aufgrund seines hohen Potenzials in messtechnischen und biomedizinischen Applikationen von zentraler Bedeutung sein. Allerdings ist die Anwendung von Netzwerkanalysatoren in vielen Szenarien aufgrund der Größe, des Gewichts und der Kosten der Geräte nur eingeschränkt möglich. Aus diesem Grund werden im Rahmen dieser Arbeit die Machbarkeit und das Potenzial des Konzepts VNA-On-Chip untersucht. Zu diesem Zweck werden theoretische und praktische Studien anhand schmalbandiger, vektorieller Reflektometer mit unterschiedlichen Graden der Integration durchgeführt. Nach der erfolgreichen Bestätigung des Konzepts wird die Entwicklung eines Chipsatzes für einen integrierten 2-Tor-Netzwerkanalysator von 4 GHz bis 32 GHz in einer SiGe- Technologie erläutert. Dieser Chipsatz dient der Realisierung eines heterodynen Netzwerkanalysators und besteht aus einem Signalgenerator (Stimulus) mit integriertem Schalter und einem 4-Kanal-Empfänger. Im Weiteren wird ein voll integriertes RF-Frontend inklusive der integrierten Richtkoppler präsentiert. In Kombination mit einem modularen Demonstratorsystem dient der Aufbau als ein miniaturisierter, vektorieller 2-Tor Netzwerkanalysator mit einer Bandbreite von 4 GHz bis 32 GHz. Die damit gemessene 2×2-Streumatrix stimmt hervorragend mit Messungen überein, die mit kommerziell erhältlichen Geräten ermittelt wurden. Die Messungen sind stabil wiederholbar und der transiente Drift ist vernachlässigbar. Darüber hinaus wurden hoch integrierte Netzwerkanalysatoren in biomedizinisch relevanten Szenarien eingesetzt. Zu diesem Zweck wurde ein auf Reflexionsmessung basierender Analysator mit einem externen Sensor und ein auf Transmission basierendes Instrument mit einem integrierten Sensor implementiert. Beide Ansätze werden mit einem alternativen Messsystem verglichen.
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