Millimeter-Wellen Rekonfigurierbare Antennen/Verstärker Übergänge

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ahmet Ulusoy
• Fachliche Zuordnung: Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik ; Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 504796555

Um höhere Datenraten und bessere Auflösung zu erreichen erzielen die Aufkommende drahtlose Technologien deutlich höhere Arbeitsfrequenzen im Verhältnis zu den herkömmlichen sub-6 GHz Frequenzbänder. Der Einsatz von Antennen-Arrays wird oft als eine gemeinhin akzeptierte Lösung gesehen für diese neuen Systeme. Mit immer steigender Bandbreite stellt sich allerdings der Übergang zwischen der Antenne und aktiven Schaltungen als ein Flaschenhals heraus. Es wird immer schwieriger genügend Bandbreite abzudecken, um mehrere Frequenzkanäle oder in manchen Fällen sogar einen einzelnen Kanal zu betreiben, während die Antennengeometrie so einfach wie möglich und der Aufbau kostengünstig bleibt. In MiRAIN, wir bestreben eine neue Methode zu entwickeln für den Entwurf von Antennen/Verstärker Übergänge bei millimeterwellen Frequenzen. Für diesen Zweck werden wir „reverse-saturated HBTs“ als eine neue Schalter-Topologie einsetzen, die einen höheren Off-Widerstand anbietet, um rekonfigurierbare Impedanzanpassungsnetzwerke zu entwickeln. Die rekonfigurierbare Netzwerke werden dann einen Verstärker ermöglichen sich an die Antennenimpedanzvariationen anzupassen bei unterschiedlichen Arbeitsfrequenzen, bei variierender Lage in einem Array, sowie beim elektronischen Strahlschwenkung. Darüber hinaus werden wir eine neue Entwurfsmethodik entwickeln, die den Entwurf von dem Verstärkerkern, dem rekonfigurierbaren Impendanzanpassungsnetzwerk und der Antenne kombiniert, und die Anwendung von vorab angepassten Strukturen vermeidet (e.g., 50 Ω). Am Ende des Projekts wird ein Array-Demonstrator entwickelt, welche aus dem Antennenarray und dem MiRAIN IC entsteht, während der IC den Verstärkerkern, das rekonfigurierbare Impedanzanpassungsnetzwerk, einen Phasenverschieber und ein digitales Interface beinhalten wird. Außerdem wird der IC Test-Ports beinhalten, die das vorfällende und das reflektierte Signal aus der Antenne messen können. Diese Informationen werden im Anschluss benutzt um den Verstärker an die Impedanzvariationen anzupassen. Es wird elektronische Strahlschwenkung bei mehreren Arbeitsfrequenzen erzielt, die die begrenzte Bandbreite eines herkömmlichen Antennes in dem Frequenzbereich von 25 bis 30 GHz hinübergehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Thomas Zwick