Mikrowellen-Schaltverstärker in GaN- und GaAs-Technologie

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.