Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Projektnehmer:

Pfeiffer, Ullrich, Prof. Dr. rer. nat.
Lehrstuhl für Hochfrequenzsysteme in der Kommunikationstechnik
Bergische Universität Wuppertal

Zwick, Thomas, Prof. Dr.-Ing.
Institut für Hochfrequenztechnik und Elektronik
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Projektbeschreibung:

Das Hauptziel von Real100G.RF ist die Nutzung von silizium-basierten Schaltungen zum technologischen Durchbruch in der drahtlosen Kommunikation mit mehr als 200 GHz Trägerfrequenz. Dazu ist ein völlig neuen technolologisch übergreifenden Design-Ansatz für Silizium-MMICs geplant, z.B. die Entwicklung von breitbandigen Empfänger- und Sender-Arrays, einschließlich On-Chip-Antennen-Arrays und neuen Chip-Aufbautechniken. Damit ergibt sich ein Quantensprung in der Funktionalität (Anzahl der RF-Elemente), Performanz (data rate), Bauteilgröße (vollständig integrierte High-Density-Arrays mit integrierten Antennen), geringer Stromverbrauch und Kostenvorteil gegenüber bestehenden Ansätzen, basierend auf III/V Verbindungshalbleitern. Für Silizium-MMICs ist die Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung von bis zu 100Gbps mit kurzer Reichweite die vielversprechendste Anwendung. Dies kann beispielsweise ein Daten-Kiosk sein, wo Personen in Sekunden über wenige Meter verschiedene Inhalte, wie z. B. Filme, auf ihre mobilen elektronischen Systeme laden können. Durch die Wahl einer Trägerfrequenz von über 200 GHz, können ultrakompakte Funkmodule hohe Datenraten mit einer hohen absoluten Bandbreite von 25 GHz bis 40 GHz erzielen, während die relative Bandbreite moderat ausfällt (10% bis 15%). Bei Millimeterwellen-Frequenzen, kann eine komplette HF-Einheit (bestehend aus Schaltung und Antenne) auf einem einzigen Silizium-Chip realisiert werden. Somit entsteht ein multifunktionelles System im Package, das als Eingang nur die zu übertragenden Daten, Versorgungsspannung und zusätzliche Steuersignale benötigt. Neben der Realisierung der Schaltungen und Antennen auf Silizium in einem Chip-Gehäuse ist die größte Herausforderung des Projekts, Konzepte zur Überwindung des limitierten Link-Budgets zu finden. Daher wird die Machbarkeit verschiedener Mehrantennen-Konzepte (dual-polarisierten–linear und polar polarisierte Antennen, Leistungsaddition in der Luft usw.) in den verfügbaren Technologien untersucht. Der Real100G.RF Antrag befasst sich mit folgenden Neuerungen:

• Breitband-HF-Schaltungsarchitekturen in Silizium-Prozesstechnologien, erstmals 100Gbps in der drahtlosen Kommunikation ermöglichen (Gruppe Pfeiffer)
• Ultrakompaktes Funkmodul mit integriertem Antennen-Arrays (Gruppe Zwick)
• Neuartige Siliziu-basierte Multi-Antennen-Konzepte zur Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung (beide Gruppen zusammen)

Das in einer ersten Phase auf drei Jahre ausgelegte Projekt umfasst wichtige Innovation zu Schaltungs-, Antennen- und Aufbautechnik sowie Chip-Gehäusen im Frequenzbereich von 200-280GHz. Ein erster Prototyp ist für das dritte Jahr des Projektes geplant. Dieser Prototyp sowie alle folgenden Weiterentwicklungen, werden allen anderen Arbeitsgruppen im SPP zur Verfügung stehen, die ein solches HF-Frontend benötigen. Das endgültige Ziel der zweiten Phase ist daher ein vollständige 100 Gbps Demonstration mit vollständiger monolithischer Integration der Elektronik zusammen mit anderen Verbundprojektpartnern im SPP.

Informationen

Laufzeit:
Jun 2013 - Dez 2017

Drittmittelgeber:
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Schlagworte
Schaltungs-, Antennen-, Gehäusetechnik für 280 GHz

www.wireless100gb.de