Microwave Schaltungsdesign

Für eine zuverlässige, robuste Kommunikation über große Entfernungen werden in vielen Fällen Leistungsverstärker mit hoher Ausgangsleistung benötigt. Es liegt in der Natur der Sache, dass Verstärker bei hohen Leistungen unter Nichtlinearitäten leiden, was zur Folge hat, dass ihre Verstärkung komprimiert wird und unerwünschte Ausläufer wie höhere Harmonische oder Intermodulationsprodukte im Spektrum auftreten. Um diese Effekte abzuschwächen, werden in der Literatur häufig analoge und digitale Vorverzerrungs- und Linearisierungsschaltungen verwendet. Mit dieser Motivation wird der Entwurf einer V-Band IM3 (Intermodulationsprodukte dritter Ordnung) Generatorschaltung in SiGe HBT Technologie angestrebt. Der IM3-Generator soll ausschließlich IM3-Produkte erzeugen und die Grundträger am Ausgang unterdrücken. Er sollte anpassungsfähig gegenüber den Toleranzen bei der Herstellung und dem Großsignal-Transistormodell sowie gegenüber Änderungen der Eingangsleistung sein.

Art der Arbeit:

BA ❌ FA ✅ MA ✅ 

Vorkenntnisse:

• Schaltungstheorie
• Halbleitertechnologien
• Mikrowelle - mmWave-Schaltungsentwurf
• Layouting / EM-Simulationen
• Keysight ADS, Cadence 

Kontakt:

Burak Özat

Motivation:
At ILH, a radar technique using a 75 GHz E-band demonstrator is extended to the D-band (140 GHz) for wider bandwidth (up to 30 GHz) and advanced radar receivers. A SiGe MMIC receiver is assembled on a carrier-RF-PCB, with wire bonding for RF, IF, and DC connections. The PCB includes passive RF structures like SIW-to-MMIC transitions to interface with a horn antenna. The IF output (DC–2 GHz) is fed via a transmission line.
Goals:
Scale the SIW-to-chip transition from E-band to D-band using existing EM simulation tools. Investigate substrate materials for the frequency shift and analyze geometric variances, bondwire design, and PCB manufacturability for testing.

Type of Thesis:

BA ❌ FA ❌ MA ✅ 

Relevant Experience:

• Microwave & waveguide theory
• Transmission lines & dielectrics
• Antenna theory & impedance matching
• CAD/EM simulation tools (e.g. CST, EMPro, Altium)

Contact:

Janis Wörmann

Für eine zuverlässige, robuste Kommunikation über große Entfernungen werden in vielen Fällen Leistungsverstärker mit hoher Ausgangsleistung benötigt. Die Verstärker leiden naturgemäß unter den Nichtlinearitäten bei hohen Leistungen. Infolge der Nichtlinearitäten können starke unerwünschte Intermodulationsprodukte und höhere Oberwellen erzeugt werden, was zu einer Verschlechterung der spektralen Reinheit des Signals führen kann. Daher ist der Entwurf von Leistungsverstärkern, die neben der hohen Verstärkung auch eine hohe Linearität aufweisen, von entscheidender Bedeutung, da sie die Schlüsselkomponente sind, die die Gesamtlinearität einer TX-Kette bestimmt. Der Entwurf eines W-Band-Leistungsverstärker-MMICs in SiGe-HBT-Technologie ist auf diese Motivation ausgerichtet.

Art der Arbeit:

BA ❌ FA ✅ MA ✅ 

Vorkenntnisse:

• Schaltungstheorie
• Halbleitertechnologien
• Mikrowelle - mmWave-Schaltungsentwurf
• Layouting / EM-Simulationen
• Keysight ADS, Cadence 

Kontakt:

Burak Özat

Die Linearisierung von Millimeterwellen-Leistungsverstärkern spielt eine entscheidende Rolle für die energieeffiziente und nachhaltige Einführung von Mobilfunknetzen der 6. Generation (6G), die neue Frequenzspektren nutzen, um den Bedarf an kontinuierlich steigenden Datenraten zu decken. Aufgrund der instantanen Bandbreiten von mehreren Gigahertz moderner Millimeterwellen-Transceiver mit hoher Kapazität wird die Linearisierung von Leistungsverstärkern durch herkömmliche digitale Vorverzerrungstechniken (DPD) zu energieaufwändig und ineffizient. Die analoge Vorverzerrung (APD) auf der Grundlage von Klasse-C-Vorverstärkern stellt eine effiziente, skalierbare Alternative zur DPD bei hohen Momentanbandbreiten dar. Ihre Implementierung wird jedoch durch das Fehlen von Simulationsmodellen, die die nichtlinearen Eigenschaften der zugrunde liegenden Transistortechnologien genau vorhersagen können, stark behindert. Diese Arbeit nutzt modernste Transistortechnologie und Messinstrumente, um Kompaktmodelle für den zuverlässigen Entwurf von APD-Schaltungen für die PA-Linearisierung bei Millimeterwellenfrequenzen im WR-10 (70...110 GHz) und WR-6 (110...170 GHz) zu erhalten. Die Arbeiten werden in Zusammenarbeit zwischen der Universität Stuttgart, Deutschland, und dem Trinity College Dublin, Irland, durchgeführt. Das endgültige Arbeitsprogramm wird in trilateraler Planung zwischen den Tutoren und dem Studenten festgelegt und umfasst: Überblick über den aktuellen Stand der Technik, On-Wafer-Charakterisierung von Hochfrequenztransistoren mittels linearer und nichtlinearer, Netzwerkanalyse bei Millimeterwellenfrequenzen am ILH, Modellentwicklung, Implementierung in VerilogA und Parameterextraktion am TCD. Modellvalidierung durch Charakterisierung von Millimeterwellen-Leistungsverstärkern am ILH.

Art der Arbeit:

BA ✅ FA ✅ MA ✅ 

Vorkenntnisse:

• Theoretische Kenntnisse in Hochfrequenztechnik und HF-Schaltungsentwurf sind empfohlen.

Kontakt:

Ingmar Kallfass

Weitere Informationen:

Die Arbeit findet in Zusammenarbeit und gemeinsamer Betreuung mit dem Trinity College Dublin in Irtland statt. Teile der Arbeit können am Trinity College Dublin durchgeüfhrt werden.

Eine Schlüsselkomponente für die Entwicklung von Sendern ist der Leistungsverstärker (PA) als letzte Stufe eines Tx-Frontends. 
Dieser PA ist für die Leistungserzeugung bei Langstreckenkommunikation oder Radaranwendungen verantwortlich. Bei Hochfrequenzgeräten ist die mögliche Ausgangsleistung durch das Durchbruchverhalten der Transistoren begrenzt, das durch die Bandlücke der verwendeten Halbleitertechnologie bestimmt wird. Ein interessantes Material für Hochfrequenz-Leistungsverstärker ist GaN, aufgrund seiner großen Durchbruchspannung und hohen fmax. IMS Chips ist in der Lage, GaN-Transistoren mit einstellbarer Schwellenspannung herzustellen. Dies ermöglicht verschiedene Leistungsverstärkertopologien. Um die GaN-Technologie nutzen zu können, ist eine Modellierung der Bauelemente erforderlich, um PA zu entwerfen.
In dieser Arbeit geht es um die Entwicklung eines Transistormodells auf der Grundlage von Messungen.   

Art der Arbeit:

BA ❌ FA ✅ MA ✅ 

Vorkenntnisse:

• Erfahrung in der Halbleitertechnologie/-technik
• Erfahrung mit Mikrowellenschaltungen und -technik
• Erfahrung mit CAD-Programmen wie ADS, Empro, CST, ...

Kontakt:

Lukas Gebert