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Development and validation of a transceiver subsystem for broadband radio field trials in the D-band = Entwicklung und Validierung eines Transceiver-Subsystems für breitbandige Funkfeldversuche im D-Band
2025
Masterarbeit, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2024
Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
Genehmigende Fakultät
Fak06
Hauptberichter/Gutachter
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Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2024-12-03
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2025-00817
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/1003084/files/1003084.pdf
Einrichtungen
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 621.3
Kurzfassung
Aufgrund von steigendem Datenaufkommen in der digitalisierten Welt ist eine Übertragungsinfrastruktur mit hohen Datenraten notwendig. Diese kann als Breitbandfunkverbindung bei hohen Übertragungsfrequenzen realisiert werden. Um ein Transceiversystem bei 140 GHz zu realisieren, ist eine Zwischenfrequenzstufe im 60 GHz Frequenzband hilfreich zur Überbrückung der Lücke zwischen dem Basisband und 140 GHz. In dieser Arbeit wurde solch ein Transceiversystem für das 60 GHz Wireless Local Area Network (WLAN) entwickelt und validiert, das mit WLAN-Modems im 5 GHz Frequenzband betrieben werden kann. Das Sende- und das Empfangsmodul nutzen integrierte Chips für die Frequenzumsetzung und Signalverstärkung. Außerdem wurde ein Lokaloszillator (LO)-Modul basierend auf einem Frequenzsynthesizer entwickelt, um bis zu vier Sende- und Empfangsmodule mit 9.3 GHz LO-Signalen zu versorgen. Die Frequenz des LO-Signals wird in dem Sende- und dem Empfangsmodul jeweils versechsfacht und ergibt somit eine Frequenz von 55.8 GHz. Das LO-Modul erreicht eine maximale Ausgangsleistung von 17 dBm an allen vier Ausgängen und bietet dabei einen störungsfreien dynamischen Bereich von 49 dBc und niedriges Phasenrauschen von −107.5 dBc/Hz bei 10 kHz Frequenzabstand für ein LO Signal bei 9.3 GHz. Das Sendemodul erreicht 6.3 dB Konversionsverstärkung für das obere Seitenband bei 61.3 GHz, während das untere Seitenband um 16.2 dB unterdrückt wird. Aufgrund eines Designfehlers im Leiterplattendesign des Sendemoduls und eines provisorischen Patches wird bei einem Redesign der Leiterplatte eine höhere Konversionsverstärkung und höhere Seitenbandunterdrückung des unteren Seitenbands erwartet. Das Empfängermodul bietet 2.2 dB Konversionsverstärkung für empfangene Signale im Frequenzband bei 61.3 GHz, wohingegen das Spiegelfrequenzband bei 50.3 GHz um 23.7 dB unterdrückt wird. Es wurde außerdem gezeigt, dass digital modulierte Signale mit einer Signalbandbreite von 10 MHz mit einer Nachbarkanalleistung von −30.5 dBc mit dem entwickelten Transceiversystem übertragen werden können.Increasing amounts of data in the digitalized world require a transmission infrastructure with high data rates that can be realized as broadband radio link at high transmission frequencies. To realize a transceiver system operating above 140 GHz, an intermediate frequency stage in the 60 GHz band is helpful to bridge the gap between baseband and 140 GHz. Within this work, such a transceiver system for the 60 GHz wireless local area network (WLAN) band that can be operated by WLAN modems in the 5 GHz WLAN band was developed and validated. The transmitter and receiver module use integrated chips for the frequency conversion and signal amplification. Furthermore, a local oscillator (LO) module based on a frequency synthesizer was developed to provide 9.3 GHz LO signals for up to four transmitter and receiver modules. The frequency of the LO signal is multiplied by a factor of 6 within the integrated transmitter and receiver chips, resulting in an LO signal at 55.8 GHz. The LO module provides a maximum output power of 17 dBm at all four ports with spurious free dynamic range of 49 dBc and low phase noise of −107.5 dBc/Hz at 10 kHz offset at 9.3 GHz. The transmitter module yields a maximum conversion gain of 6.3 dB for the upper sideband (USB) around 61.3 GHz, whereas the lower sideband (LSB) is suppressed by 16.2 dB. Due to a design flaw in the printed circuit board (PCB) design of the transmitter module and a provisionally patch, higher conversion gain for the USB and higher suppression of the LSB is expected for a prospective PCB redesign of the transmitter module. The receiver module yields a conversion gain of 2.2 dB for received signals around 61.3 GHz, while the image frequency band around 50.3 GHz is suppressed by 23.7 dB. Furthermore, it was shown that digitally modulated signals with bandwidth of 10 MHz can be transmitted with an adjacent channel power ratio of −30.5 dBc using the developed transceiver system.
OpenAccess: 
PDF
Dokumenttyp
Master Thesis
Format
online
Sprache
English
Interne Identnummern
RWTH-2025-00817
Datensatz-ID: 1003084
Beteiligte Länder
Germany
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