Digital PA Lab

Die Infrastruktur der zukünftigen Mobilkommunikation benötigt ein immer effizienteres Leistungsmanagement und höchste Flexibilität. Die Leistungsverstärker im Sendepfad in Zusammenhang mit der Modulation des Eingangssignals bestimmen die Effizienz des Gesamtsystems und damit auch die Betriebskosten. Das oberste Ziel ist der komplett digital realisierte Transmitter, in dem der aktive Teil die Schlüsselrolle einnimmt.

Am FBH werden neuartige digitale Modulationsverfahren und Verstärkerstrukturen entwickelt, um optimal betriebene Leistungsverstärker-ICs und -Module für den Mikrowellenbereich herzustellen. Sie werden sowohl in GaN-HEMT- als auch InP-DHBT-Technologie realisiert und zielen auf Anwendungen in Basisstationen (GaN) sowie Mikrozellen (InP). Erstmalig wird das digitale Konzept in einem DFG-Projekt im Sub-THz-Bereich ab 100 GHz auf Basis des FBH InP-Prozesses angewandt, um effiziente Verstärker für sehr hohe Signalbandbreiten (> 10 GHz) für die nächste Mobilfunkgeneration (6G) zu entwickeln. Darüber hinaus wird in einem weiteren DFG-geförderten Projekt das Potential des GaN-basierten digitalen Verstärkers als Versorgungsspannungsmodulator in einem Envelope-Tracking System untersucht. Ziel ist es, Verstärker bei 28 GHz mit vergleichsweise extremen Signalbandbreiten von mehr als 1 GHz möglichst effizient für zukünftige Anwendungen in 5G zu betreiben. 

  • Digitaler Leistungsverstärker MMIC
    [+] Hoch effizient und kompakt: neuartiger GaN-basierter digitaler Leistungsverstärker MMIC (3-stufig)
  • Modul Digitaler Leistungsverstärker für 900 MHz
    [+] Neuartiges Konzept liefert höchste PAE (40 %) über 10 dB Power Back-Off Bereich bei 900 MHz
  • Modul Digitaler Leistungsverstärker für 900 MHz für höchste Linearität
    [+] Höchste Linearität erreicht: mit Hilfe von Gegentakttreibern liefert digitaler Verstärker nach DPD mehr als 50 dB ACLR

Themen

  • Konzeption eines optimierten Modulators zur Kodierung des Eingangssignals
  • Digitale Schaltverstärker und verwandte Konzepte für die Transmitter-Architektur der nächsten Generationen bis 6 GHz (GaN-basiert) und ab 100 GHz (InP-basiert)
  • Digitale Designansätze für hocheffiziente Versorgungsspannungsmodulatoren extremer Bandbreite im Envelope Tracking bis 30 GHz

Erreichte Eckwerte

Modulator

  • Neuartiges digitales Modulationsverfahren basierend auf einer Wellenformtabelle mit höchster Linearität (ACLR > 60 dB, EVM ~ 1%), maximaler Kodiereffizienz und eingebauter DPD für minimale Systemverluste entwickelt (laufendes Patent)

    Verstärker

    • 8 W Single-Band Klasse-S-Verstärker für 800/900 MHz-Band mit bis zu 60% PAE und 40 dB Großsignal-Gewinn
    • Neuartige Treibertopologie schließt die Lücke zum State-of-the-Art: mehr als 40% PAE über 10 dB Power Back-Off Bereich erreicht
    • 14 W Klasse-S-Verstärker in H-Brücken-Topologie, durch Nutzung des digitalen Doherty-Konzepts Spitzen-Draineffizienzen an Endstufe bei 6 dB und 12 dB power back-off von 75% (6 dB) und 40 % (12 dB)
    • Verschiedene Multi-Band (Dual-/Triband) Klasse-S Verstärker für 0.8 ... 2.6 GHz realisiert
    • Transfer ins W-Band für Hochgeschwindigkeitskommunikation mit extrem hoher Bandbreite
      • Erster Demo (95 GHz): 14.4 dBm Ausgangsleistung bei maximaler PAE von 31 %