title: Rekonfigurierbare Filternetzwerke für frequenzabstimmbare digitale Leistungsverstärker
Creators: name: Schuster, Christian
Publisher: name: UNSPECIFIED
Year: 2021

description: In dieser Arbeit werden rekonﬁgurierbare Filternetzwerke für ﬂexible und energieeffiziente Transceiver umfassend behandelt. Dabei werden diese für den Empfangs- und Sendepfad in rekonﬁgurierbaren Transceivern für Mobilfunkbänder bis 6 GHz in planarer Mikrostreifenleitertechnik untersucht und mittels Labordemonstratoren validiert. Für die Implementierung von rekonﬁgurierbaren Filternetzwerken innerhalb eines HF-Frontends werden unterschiedliche Anforderungen an die Komponenten im Sende- und Empfangspfad gestellt. Im Rahmen einer systematischen Technologieevaluation werden kommerzielle Varaktoren in Halbleiter- und BST-Dünnﬁlm-Technologie sowie experimentelle Varaktoren in BST-Dickﬁlm-Technologien in Bezug auf ihre Klein- und Großsignaleigenschaften systematisch untersucht und verglichen. Hierbei konnte das hohe Potential von BST-Dickﬁlm-Varaktoren für Leistungsanwendungen innerhalb eines Filternetzwerks mit einer Leistungstragfähigkeit von ≈ 40 dBm und einer hohen Linearität mit einem IIP3 von über 42 dBm nachgewiesen werden. Die kommerziellen BST-Dünnﬁlm-Varaktoren erreichen fast die gleiche Performanz wie die BST-Dickﬁlm-Varaktoren, jedoch mit einer deutlich reduzierten Reaktionszeit. Für den Empfangspfad werden verschiedene rekonﬁgurierbare Bandpassﬁlter mit einer kontinuierlich unabhängig abstimmbaren Mittenfrequenz und Bandbreite bei einer konstanten deﬁnierten Filter-Charakteristik vorgestellt. Mit den in dieser Arbeit hergeleiteten Ansätzen konnte unter anderem ein rekonﬁgurierbares Hairpin-Filternetzwerk im Frequenzbereich zwischen 3 GHz und 4 GHz realisiert werden, welches neben einer Mittenfrequenzabstimmbar- keit eine hohe Bandbreitenabstimmbarkeit von bis zu 88 % bei einer konstanten deﬁnierten Tschebyscheff-Charakteristik auf weist. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung neuartiger rekonﬁgurierbarer Ausgangsﬁlternetzwerke für digitale Leistungsverstärker. Hierbei konnte ein vielversprechendes allgemeines analytisches Entwurfskonzept für rekonﬁgurierbare Multi-Bandstopp-Tiefpassﬁlter entwickelt werden. Dieses Filterkonzept zeichnet sich durch eine skalierbare Abstimmbarkeit der Arbeitsfrequenz und eine hohe Linearität sowie Leistungstragfähigkeit, eine geringe Eigenaussteuerung sowie eine im Vergleich zu abstimmbaren Bandpassﬁltern geringere Einfügedämpfung bei der Arbeitsfrequenz aus. Das Konzept wird im Rahmen dieser Arbeit in verschiedenen Filtertopologien realisiert und validiert. Die Implementierung mittels eines integrierten Multi-Bandstopp-Tiefpassﬁlters bietet neben einer kompakten Realisierung einen hohen Abstimmbereich der Arbeitsfrequenz von 1 GHz bis 3 GHz mit einer geringen Einfügedämpfung von maximal 1,8 dB und einer Leistungstragfähigkeit von über 43 dBm. Messung eines hybrid integrierten digitalen Leistungsverstärker zeigen eine Ausgangsleistung von bis zu 32 dBm und eine Drain-Effizienz von bis zu 70 %. Das in dieser Arbeit entwickelte Konzept abstimmbarer Multi-Bandstopp-Tiefpassﬁlters schafft die Grundlage zur Realisierung energieeffizienter rekonﬁgurierbarer Transceiver mit über weite Frequenzbereiche abstimmbaren digitalen Leistungsverstärkern.