Mikrowellen-Schaltverstärker in GaN- und GaAs-Technologie (PDF)

Die Arbeit liefert Beiträge zur Verbesserung von Mikrowellen-
Leistungsverstärkern auf Basis von III-V-Halbleitern. Der
Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Effizienzsteigerung
von Leistungsverstärkern.
Im ersten Teil wird ein erweiterter Ansatz zur Modellierung
von Gehäusen für Leistungstransistoren vorgestellt. Im Gegensatz
zu den gängigen Beschreibungen ermöglicht dieser
Ansatz die Separierung der Einzeleffekte innerhalb des Transistorgehäuses.
Der zweite Teil der Arbeit befasst sich mit dem Entwurf und
der Realisierung von Schaltverstärkern. Zunächst wird ein
hybrider Klasse-E-Verstärker auf Basis von GaAs-HBTs mit
erhöhter Durchbruchspannung vorgestellt, der bei 3 GHz
eine Kollektoreffizienz von 80% bei einer Ausgangsleistung
von 10 W und 3 GHz erreicht. Den Schwerpunkt bildet jedoch
die Entwicklung von digitalen Leistungsverstärkern für Klasse
S und ähnliche Systeme. Die dabei verwendeten Verstärkerblöcke
unterscheiden sich grundlegend von allen bisher
verwendeten Mikrowellen-Leistungsverstärkern. Die digitalen
Verstärkerblöcke sind breitbandig ausgelegt und daher in der
Lage, beliebige Bitfolgen mit Bitraten im Gbit/s-Bereich zu
übertragen. Zur Entwicklung der Klasse-S-Verstärkerblöcke
wurden MMICs in GaAs-HBT- und GaN-HEMT-Technologie
entworfen und realisiert. Die Messung der unterschiedlichen
MMICs zeigt bis zu Bitraten von 1,8 Gbit/s sehr hohe Effizienzen
von 90% und Rechteckleistungen von bis zu 20 W.