Lastmodulation

Der Wirkungsgrad eines Verstärkers bei geringer Aussteuerung kann auch durch Anpassung der Impedanz erhöht werden. Um dieses Verhalten mit hoher Leistung und der für moderne Leistungsverstärker nötigen Bandbreite zu erreichen, sind steuerbare Elemente oder Varaktoren mit hoher Leistungsverträglichkeit und guter Steuerbarkeit notwendig.

Im RF Power Lab wird ein neuartiger Typ von Varaktoren für HF-Leistungsanwendungen untersucht. Diese Varaktoren werden auf Basis von Barium-Strontium-Titanat (BST) in Dickschicht-Technologie hergestellt. Durch das Anlegen hoher Spannungen über der ferroelektrischen Dickschicht verändert das Material seine Polarisation. Diese Polarisationsänderung wiederum bewirkt eine Veränderung der Dielektrizitätszahl. Wird BST als Dielektrikum verwendet, ist es möglich verschiedene Typen von Varaktoren, beispielsweise planare interdigitale oder vertikale Parallelplatten-Strukturen, zu realisieren. Diese Bauteile verfügen über eine hohe Spannungsfestigkeit, Leistungsverträglichkeit und sehr gute Linearität. Die Keramik wird am KIT in Karlsruhe per Screen-Print- oder Inkjet-Druck hergestellt. Die Strukturierung der Varaktoren selbst erfolgt an der Technischen Universität Darmstadt.

Da BST ein recht neues Material für HF-Leistungsanwendungen ist, sind noch umfassende Untersuchungen und Verbesserungen der Steuerbarkeit und thermischen Stabilität der Varaktoren nötig. Eines der laufenden Projekte wird von der ESA als ITI-Projekt gefördert. Das Ziel dabei ist die Entwicklung und Demonstration eines diskret steuerbaren 20 W GaN-HEMT-Moduls mit steuerbarer Anpassung unter Verwendung von BST-Varaktoren in einem Gehäuse zusammen mit dem Transistor. Dieses Konzept entstand bereits 2010 in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Darmstadt. Solche Module ermöglichen es, steuerbare, in der Frequenz anpassbare Leistungsverstärker für zukünftige Kommunikationssysteme zu entwickeln.

Ein weiteres Projekt, das von der DFG finanziert wird, befasst sich mit der Verbesserung von BST-basierten HF Leistungsvaraktoren als diskrete Bauelemente für Anwendungen bei über 100 W. Als leistungsstarke diskrete Bauelemente können diese beispielsweise in frequenzagilen Kommunikationssystemen und Plasmageneratoren eingesetzt werden. Hauptziel des Projektes ist die Verbesserung der eingesetzten Materialien und des Designs der Varaktoren, um diese zu einer konkurrenzfähigen Alternative für Hochleistungsanwendungen zu machen.