Diese Forschungsarbeit untersucht die Eigenschaften und Grenzen von Schaltungen und kompletten Übertragungssystemen im Bereich sehr hoher Frequenzen um 200 GHz. Herausforderungen der Grundlagenforschung werden erörtert und ein umfassender Erkenntnisgewinn durch die Abdeckung eines breiten Spektrums von theoretischen Aspekten, Bauteilmodellierung und neuartigen Konzepten bis hin zu Machbarkeitsstudien anhand von Hardwarerealisierungen präsentiert. Eines der Hauptziele dabei ist eine hohe Bandbreite der einzelnen Komponenten zu erzielen. Um die vorgestellten Konzepte zu überprüfen, wird eine funktionsfähige Übertragungsstrecke durch systematische Anwendung neuartiger theoretischer und praktischer Ansätze in einer Vielzahl von Disziplinen realisiert. Einer der fortschrittlichsten SiGe BiCMOS Prozesse, mit einer f max von bis zu 450 GHz, wird für die Implementierung verwendet. Optimierungen auf Layoutebene und bei der messtechnischen Charakterisierung wurden speziell für diese Technologie erarbeitet und tragen maßgeblich zur Gesamtleistung des Systems bei.

Es wird unter Anderem ein passives Verfahren vorgestellt zur Herstellung hocheffizienter 3D-On-Chip-Monopolantennen durch konventionelles Drahtbonden. Diese Technik wurde zudem für die direkte Verbindung von Schaltungen mit selbstentworfenen Hohlleitermodulen weiterentwickelt. Zusätzlich zu den passiven Lösungen sind bis zu 12 Chips aus 7 Einzeldesigns an der Montage des Demonstratoraufbaus beteiligt. Dazu gehören ein Sender und ein Empfänger mit 80 GHz HF-Bandbreite, ein 180 GHz Frequenzvervierfacher mit über 52 dB harmonischer Unterdrückung, ein Rauscharmer Verstärker mit 7.1 dB Rauschzahl, ein bei 15 dBm gesättigter Leistungsverstärker und ein Begrenzungsverstärker mit 25.4 THz Verstärkungs-Bandbreiten-Produkt. In Bezug auf die Hauptmetriken repräsentiert oder erweitert jeder dieser Blöcke dabei den aktuellen Standes der Technik. Zudem stehen die Simulationen und theoretischen Betrachtungen in exzellenter Übereinstimmung gegenüber den Messergebnissen.

Der Aufbau für die abschließende Machbarkeitsstudie besteht aus mehreren kompakten Modulen mit standardisierten koaxialen Schnittstellen und zeigt eine funktionsfähige drahtlose Verbindung über eine Entfernung von 1.5 m mit einer Datenrate von 60 Gbit/s für BPSK- und 40 Gbit/s für QPSK-Modulation. Eine Analyse der aufgetretenen Probleme, welche die maximal erreichte Leistung im QPSK Betrieb reduzieren, werden im Detail präsentiert und diskutiert. Verglichen mit dem Stand der Technik bietet dieses System eine der höchsten Symbolraten für BPSK in Kombination mit hoher Ausgangsleistung und großer Reichweite.