Frequenzen im sub-Terahertz-Bereich rücken in den Fokus, wenn es um die leistungsfähige Kommunikation der Zukunft geht – Stichwort Mobilfunkstandard 5G. Das Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH) in Berlin stellt in diesem Zusammenhang eine Auswahl aktueller Weiter- und Neuentwicklungen seiner Leistungsverstärker, Schaltungen und heterointegrierten Chips vor.
So werden beispielsweise für den sub-Terahertz-Bereich drahtlose Übertragungsstrecken im Frequenzbereich zwischen 100 und 500 GHz benötigt, die das signifikant zunehmende Datenaufkommen für kurze Reichweiten bewältigen können. Elektronische Schaltkreise sind erforderlich, die eine hohe Ausgangsleistung im sub-Terahertz-Bereich liefern.
InP-Schaltkreiswafer
Da diese jedoch mit konventioneller Halbleitertechnologie nicht realisiert werden können, nutzt das FBH das Halbleitermaterial Indiumphosphid (InP) für integrierte Schaltungen. Im Rahmen der im April gestarteten BMBF-Initiative Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland baut das FBH eine Prozesslinie auf, um dort auf modernsten Anlagen InP-Schaltkreiswafer im industriellen Qualitätsmaßstab herzustellen. Die Prozesslinie beinhaltet zudem die Option, gemeinsam mit dem Leibniz-Institut IHP InP-DHBT-Schaltungen auf Silizium-Germanium-BiCMOS-Technologie zu integrieren. Damit lassen sich die hohen Ausgangsleistungen von InP mit der Komplexität der Siliziumtechnologie kombinieren. Auf diese Weise können Höchstfrequenzmodule auf einem Chip realisiert werden, was für tragbare und kostengünstige System-Applikationen entscheidend ist. Dieser Prozess wird externen Kunden auch als Foundry Service angeboten.
Komponenten für 5G
Um die technische Infrastruktur der Basisstationen fit für 5G zu machen, müssen die Hardware-Komponenten effizienter und flexibler werden. Das lässt sich unter anderem durch eine Erhöhung des digitalen Anteils erreichen. Im Fokus stehen dabei die Leistungsverstärker, da diese die Effizienz des Gesamtsystems und damit auch die Betriebskosten dominieren.
Bislang werden für unterschiedliche Kommunikationsstandards und Frequenzen jeweils eigene Module benötigt. Das FBH entwickelt seit einigen Jahren neue digitale Verstärkerarchitekturen, die ein effizientes Leistungsmanagement mit höchster Flexibilität verbinden und breitbandig arbeiten. Langfristiges Ziel ist der komplett digital realisierte Transmitter, bei dem ein Chip alle Frequenzbänder bedienen kann.
Die digitalen Leistungsverstärker aus dem FBH erreichen inzwischen wettbewerbsfähige Werte hinsichtlich Gesamteffizienz und Linearität, verglichen mit etablierten analogen Verstärkerkonzepten wie Doherty. Ein kürzlich am FBH entwickelter Leistungsverstärker bietet eine hohe Gesamteffizienz von mehr als 40 % bei 10 dB PAPR im Bereich um 1 GHz.
Seine Technik stellt das FGH auf der Fachmesse „Productronica“ in München vom 14. bis 17. November 2017 in Halle B2, Stand 317 vor.
