Verwendung hochgütiger on-chip Resonatoren für leistungsfähige Verstärker und Oszillatoren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Frank Ellinger; Professor Dr. Jan Hesselbarth
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426291622

Die schnelle Weiterentwicklung kostengünstiger integrierter Schaltungen im Bereich der Millimeterwellen erschließt immer höhere Frequenzbereiche und ermöglicht vielfältige neue Anwendungen in den Bereichen der drahtlosen Kommunikation, des Radar und der Bildgebung. Die Weiterführung dieses Trends hin zu noch höheren Frequenzen ist wahrscheinlich. Mit dieser rasanten Entwicklung kann der Fortschritt bei elektrischen Verbindungen im Millimeterwellenbereich, bei den Antennen und bei der Aufbau- und Verbindungstechnik nicht Schritt halten. Die dafür notwendigen Technologien benötigen hohe mechanische Präzision, was hohe Kosten bedingt, und führen zu signifikanten elektrischen Verlusten und Signaldämpfungen. Für Sendeschaltungen resultiert eine hohe Dämpfung zwischen dem letzten Transistor und der Luftschnittstelle in geringer Energieeffizienz. Für Oszillatoren bedeuten stark verlustbehaftete Schaltungskomponenten, wie sie generell in integrierten Millimeterwellenschaltungen zu finden sind, ein hohes Phasenrauschen und eine dementsprechend unvorteilhafte Auslegung des Gesamtsystems. Im Rahmen des vorliegenden Projektes sollen Verfahren entwickelt und experimentell nachgewiesen werden, welche sehr leistungseffiziente Sender und Oszillatoren mit geringstem Phasenrauschen im Frequenzbereich der Millimeterwellen ermöglichen. Ein auf dem Chip der integrierten Schaltung montierter und direkt an diese angekoppelter kugelförmiger dielektrischer Resonator wirkt einerseits als besonders effiziente Antenne für den Sender und ermöglicht andererseits eine vier-zu-eins-Leistungsaddition ohne die dabei üblichen Verluste, und erlaubt schließlich, in einem anderen Resonanzmode, die Realisierung extrem rauscharmer Oszillatoren (sowohl VCO als auch freilaufender Oszillatoren). Alle genannten Schaltungen sollen bei einer Frequenz von 100 GHz realisiert werden. Die für diese Schaltungen erwarteten Leistungsindikatoren werden über jene bekannter Schaltungen weit hinausgehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen