Breitbandige Hochfrequenz-Leistungsverstärker unter Verwendung von optimierten abstimmbaren ferroelektrischen Dickschicht-Komponenten

• Antragsteller: Olof Bengtsson, Ph.D.; Professor Dr.-Ing. Rolf Jakoby
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 190081167

Das Projekt umfasst grundlegende Untersuchungen von thermischen Effekten an neuartigen ferroelektrischen Varaktoren auf Barium Strontium Titanat Materialbasis für den Einsatz in HF-Leistungsverstärkern. Darüber hinaus soll eine effiziente HF- und DC Entkopplung erreicht werden, welche eine dynamische Steuerung der BST Varaktoren erlaubt. Die Ziele sollen dabei mit Hilfe von verbesserten Varaktorlayouts, sowohl uniplanare Strukturen als auch Mehrlagenstrukturen, unter Berücksichtigung der gekoppelten elektrischen und thermischen Eigenschaften erreicht werden, wobei als Materialherstellungsverfahren Dickschicht- oder Bulk-Keramik in Frage kommen. Besonderes Augenmerk wird auf die Reduktion des thermischen Widerstands der Komponenten gelegt, welcher durch die Verwendung von alternativen Trägersubstraten und mit Hilfe eines Hochleistungsgehäuses gesenkt werden soll. Besonders das Hochleistungsgehäuse erfordert sorgsame Untersuchungen, da es sowohl die elektrischen als auch die thermischen Eigenschaften der Varaktoren maßgeblich mitbestimmt. Die neuartigen Varaktoren werden für den Großsignalbetrieb modelliert, charakterisiert und optimiert. Hierzu sollen zuverlässige Modelle entwickelt werden, welche die Schaltungssimulation bei verschiedenen Temperaturen und Leistungen ermöglichen.Die Machbarkeitsstudie erfolgt anhand eines Demonstrators in einem für die Telekommunikation üblichen Band von 0.9 GHz bis 3.0 GHz. Hierzu wird ein steuerbares Anpassnetzwerk, bestehend aus den neuartigen steuerbaren Varaktoren, zusammen mit einem GaN-HEMT-basierten Leistungsvertärker für Leistungen bis zu 50 W hybrid integriert. Die Effizienz und Linearität des steuerbaren Leistungsverstärkers soll zum ersten Mal mit Signalen bis zu 20 MHz Bandbreite untersucht werden. Hierzu werden neuartige Varaktor-Spannungsversorgungskonzepte mit effizienter HF- und DC Entkopplung für die dynamische Varaktoransteuerung implementiert und das dynamische Verhalten des Leistungsverstärkers mittels Zweitonsignalen im Großsignalbetrieb untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen