Die steigende Nachfrage nach drahtloser Kommunikation mit extrem hohen Datenraten treibt die Forschung in Richtung des THz-Frequenzbereichs, in dem große Bereiche ungenutzten Spektrums zur Verfügung stehen. In den letzten Jahren wurde dieses Frequenzband intensiv als vielversprechender Kandidat für die Realisierung zukünftiger Anwendungen wie 6G,Hochgeschwindigkeits-Wireless-Backhaul und ultraschnelle Sensorsysteme untersucht. Trotz seines Potenzials bleibt die präzise Charakterisierung von THz-Kanälen eine Herausforderung, bedingt durch höhere Funkfelddämpfung, nichtlineares Verhalten von Komponenten und unzuverlässige Kalibrierungs- und Validierungsmethoden. Diese Arbeit adressiert diese Herausforderungen durch die Entwicklung fortschrittlicher Messmethoden und experimenteller Testumgebungen, mit dem Ziel, THz-Channel-Sounding-Systeme präzise zu charakterisieren. Dabei liegt ein besonderer Fokus auf metrologischen Prinzipien zur Reduktion von Messunsicherheiten. Zu Beginn der Arbeit wird die Rolle und Bedeutung der Metrologie in THz-Kommunikationssystemen erläutert. Die Motivation, Zielsetzung und Forschungsfragen werden vorgestellt, gefolgt von einer Einführung in grundlegende Messprinzipien. Dies umfasst die Systemarchitekturen der verwendeten Hardware sowie eine Darstellung der metrologischen Rückführbarkeit.
Verschiedene Fehlerquellen im Messsystem werden identifiziert und unterschiedliche Kalibrierverfahren zur Korrektur dieser Fehler und zur Erhöhung der Messgenauigkeit diskutiert. Im weiteren Verlauf wird die Metrologie für THz-Kommunikation vertieft untersucht, mit Fokus auf die Kalibrierungsverfahren zur Korrektur systematischer Messfehler sowohl beim VNA als auch bei korrelationsbasierten Channel-Sounding-Systeme. Die Korrektur dieser Fehlerterme kann die Messgenauigkeit und -zuverlässigkeit erheblich verbessern. Es werden sowohl Wellleiter- als auch over-the-air-Messaufbauten analysiert, wobei ein VNA mit Frequenzverlängerungsmodulen und eigens entwickelte Channel-Sounding-Systeme zum Einsatz kommen.
Die Hornantennen werden detailliert charakterisiert, um Parameter wie Gewinn und Phasenzentrum zu bestimmen. Die Kalibrierungsverfahren werden in unterschiedlichen Szenarien –einschließlich Line-of-Sight- und Non-Line-of-Sight-Umgebungen – verglichen und analysiert,um den Einfluss der jeweiligen Messbedingungen auf die Genauigkeit zu bewerten.
Anschließend wird das zeitvariable Kanalverhalten mithilfe eines VNA unter kontrollierten Bedingungen untersucht. Dieser Teil der Arbeit dient dem besseren Verständnis des Ausbreitungsverhaltens unter dynamischen Bedingungen und der Bewertung des Einflusses von VNA-Sweep-Zeiten und segmentierter Wellenformen auf die Messergebnisse. Ein dedizierter Versuchsaufbau wird genutzt, um zeitvariable Übertragungsszenarien zu simulieren und zu analysieren. Die Ergebnisse zeigen Variationen der Zeitintervalle des VNA bei unterschiedlichen Zwischenfrequenzbandbereite-Einstellungen sowie Unterschiede zwischen Segmenten des kontinuierlichen Wellenmodus und der linearen Frequenzdurchläufe. Die Sweep-Dauer wird analysiert und verschiedene Wellenformtypen werden bewertet. Durch experimentelle Verifikation wird ein Messszenario etabliert, das das Verständnis zeitvariabler Messungen verbessert und deren Anwendung auf dynamischere Channel-Sounding-Systeme ermöglicht, wodurch die Abschätzung zugehöriger Messunsicherheiten unterstützt wird.
Abschließend wird ein Messaufbau für einen over-the-air-Sub-THz-Link demonstriert, der ein hybrides Übertragungssystem nutzt, bestehend aus Standardkomponenten der optischen Kommunikation, wobei das Signal über eine Strecke von 6 Metern übertragen wird. Der Sender war eine PIN-Fotodiode, der Empfänger ein subharmonischer Down-Converter. Der Übertragungsteststand für Frequenzen zwischen 240 GHz und 300 GHz wurde umfassend charakterisiert. Wichtige Parameter wie optische Frequenz, Frequenzsprungverfahren, DC-Vorspannung des Senders, Equalization-Taps und die Phasen der digitalen Signalverarbeitung wurden zur Leistungsoptimierung untersucht. Ein fehlerfreies 25,6 Gbit/s quadrature phase shift keying(QPSK)-Signal konnte realisiert werden. Eine 16QAM (quadrature amplitude modulation) Charakterisierung untersuchte die Leistungsverteilung der beiden optischen Zweige, die der Fotodiode zugeführt wurden, sowie deren Einfluss auf die EVM (error vector magnitude) der IQ-Amplitudenlinearität und die Abschätzung Der Datenübertragungsexperiment wurde durch die erfolgreiche Übertragung realer Daten validiert, in diesem Fall anhand eines übertragenen Bildes.