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Projekt
Hocheffiziente W-Band Power Amplifier in CMOS-Technologie
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Georg Böck
Fachliche Zuordnung
Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
Förderung
Förderung von 2013 bis 2016
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 237428971
In dem vorliegenden Projektantrag ist die Entwicklung eines integrierten, hocheffizienten, breitbandigen Leistungsverstärkers für das gesamte W-Band beabsichtigt. Für die Realisierung des Verstärkers soll ein 32 nm-CMOS-Prozess eingesetzt werden. Der vorgeschlagene Verstärker zählt zu den am schwersten zu realisierenden Komponenten hochratiger Kommunikationssysteme bei mm-Wellen-Frequenzen.Der vorliegende Antrag wurde in enger Zusammenarbeit und Abstimmung mit der TUHH, Prof. Jacob erstellt. Die Zielstellung des TUHH-Antrages ist die Entwicklung einer breitbandigen, zirkular polarisierten Antenne und die Integration von CMOS-Leistungsverstärker und Antenne zu einem system-in-package als wichtige Grundlage für einen integrierten W-Band-Transmitter. Für die Integration von Verstärker und Antenne soll ein low-cost Integrationsprozess verwendet werden.Die gemeinsame Projektidee basiert auf der Erkenntnis, dass das schwerwiegendste Problem hinsichtlich der Realisierung eines hocheffizienten W-Band-Frontends in den durch powercombining entstehenden On-Chip-Verlusten besteht. On-chip power-combining wird im vorliegenden Antrag weitgehend vermieden und durch Freiraum-Combining in Form eines Antennen-Arrays ersetzt.Für den CMOS-Leistungsverstärker kommt eine balancierte Topologie ohne Ausgangsbalun zum Einsatz. Stattdessen werden Antennen mit differentieller Speiseleitung eingesetzt, wie sie z. B. bei Dipolen und Steghohlleitern existieren. Dieses Konzept vermeidet den Nachteil der Source- Induktivitäten von unbalancierten Topologien und verhindert gleichzeitig die Verluste des Ausgangsbaluns.Ausgangsleistung und Wirkungsgrad des Leistungsverstärkers sollen durch den Einsatz übereinander geschachtelter Transistoren (Großsignal-Kaskode) verbessert werden. Eine Großsignal-Kaskode addiert die Ausgangsspannungen der einzelnen Transistoren und zählt deshalb zu den seriellen Combinern. Serielle Combiner erhöhen die Verstärker- Ausgangsimpedanz und verringern deshalb die Stromverluste.Das Gesamtziel des Projektes (inkl. des Beitrages der TUHH) ist ein hocheffizientes, integriertes W-Band-Sendemodul, bestehend aus CMOS-Leistungsverstärker, einfach und/oder doppelt zirkular polarisierter Antenne und/oder einem kleinen Antennen-Array (z.B. 2x2).
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
