Diskrete abgleichbare pre-matching GaN-BST-Transistoren
Abb. 1: Durchstimmbares Netzwerk zur Ausgangsanpassung in π-Topologie.
Abb. 2. Abstimmbarer Aufbau eines GaN-Transistors (li.) und Anpassungsnetzwerk (re.) - einzelne Transistorzelle ist hervorgehoben.
Abb. 3: Auf der Lastseite eines diskreten 5-Zellen-Powerbar-Transistors integriertes Netzwerk in π-Topologie
Mit der aktuellen Ära der Smartphones verschwimmt die Grenze zwischen drahtloser Kommunikation von Computern, WLAN, WiMAX und zellulären System wie UMTS und LTE. Dies stellt hohe Anforderungen an die zukünftige Infrastruktur zur Mobilkommunikation, welche nicht nur mit mehreren Kommunikationsstandards, sondern auch mit Signalen, die sich über das gesamte Frequenzband von 0,5 bis 6 GHz ausbreiten, funktionieren muss.
Für die Hersteller von Basisstationen könnte die Durchstimmbarkeit der Systeme eine Alternative sein, um Entwicklungskosten und -zeit zu reduzieren. Abstimmbarkeit wurde bisher nur mit Anpassungsnetzwerken basierend auf Varaktordioden oder MEMS-Strukturen mit traditionellen diskreten Transistoren implementiert. Das Ferdinand-Braun-Institut entwickelt jetzt in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Darmstadt einen neuartigen diskreten RF-Leistungstransistor, der die Möglichkeit eines durchstimmbaren pre-matchings bietet. Hierzu wird ein GaN-HEMT zusammen mit einem einstellbaren Barium-Strontiumtitanat pre-matching Netzwerk in einem Gehäuse integriert. So können diskrete, anpassbare RF-Leistungstransistoren hergestellt werden, die für den Betrieb mit mehreren Frequenzbändern eingestellt werden können. Zudem kann das Verhalten der Transistoren dynamisch angepasst werden, was zu verbesserten Eigenschaften im Betriebsfrequenzband und einer besseren Back-off-Effizienz durch Lastmodulation führt.
Das Prinzip eines Netzwerks in π-Topologie, welches mit dem Transistorausgang integriert wurde, wird in Abb. 1 gezeigt. Es wurde auf einem einzelnen BST-Keramiksubstrat realisiert, wobei die Kapazitäten C1 und C2 spannungsgesteuerte, planare interdigitale BST-Varaktoren sind. Die Induktivität L ist mithilfe von zwei parallelen 1 mm langen und 25 µm dicken Bonddrähten realisiert. Die Steuerspannung des Varaktors ist durch die Verwendung von antiseriellen Varaktorpaaren und hochohmiger Zuführung der Vorspannungen entkoppelt. Abb. 2 zeigt den hergestellten Aufbau für eine einzelne Zelle und Abb. 3 die Konfiguration für einen diskreten, in der Last abgleichbaren Powerbar mit fünf Zellen.
Wie bei allen neuen Technologien gilt es noch viele Fragestellungen zu lösen, wobei zunächst insbesondere die Verluste reduziert und die Temperaturstabilität, Durchstimmbarkeit und die Integration der BST-Varaktoren verbessert werden sollen.
Publikation:
O. Bengtsson, H. Maune, F. Gölden, S. Chevtchenko, M. Sazegar, P. Kurpas, A. Wiens, R. Jakoby, and W. Heinrich, "Discrete Tunable RF-Power GaN-BST Transistors", 42nd European Microwave Conf. (EuMC 2012), Amsterdam, The Netherlands, Oct. 28 - Nov. 2, pp. 703-706 (2012).
FBH-Forschung: 08.02.2013