Schaltungen und Systeme für die drahtlose Datenübertragung im Millimeterwellenbereich

In dieser Arbeit wird der systematische Entwurf von integrierten Leistungsverstärkern und Modulatorschaltungen für Frequenzen um 60 GHz und 180 GHz aufgezeigt. Hauptaugenmerk liegt zunächst auf der Modellierung und Simulation der nötigen Leitungs- und Metallverbindungsstrukturen. Dabei werden unterschiedliche Simulatoreinstellungen eines einzelnen EM-Simulationsprogramms untersucht sowie mehrere Simulationsprogramme unterschiedlicher Hersteller verglichen. Für den Vergleich dieser Simulationsgebnisse mit den Messergebnissen von gefertigten Teststrukturen werden weiterhin zwei verschiedene Extraktionsverfahren (sog. Deembedding-Methoden) theoretisch untersucht, verglichen und auf die Messdaten angewendet.
Die Kaskodeschaltung bildet die Grundlage aller vorgestellten Leistungsverstärker. Durch Anwendung von drei unterschiedlichen Methoden und deren Vergleich wird die Kaskodeschaltung in der jeweils genutzten Technologie untersucht. Daraus ergibt sich die optimale Lastimpedanz für einen maximalen 1 dB-Kompressionspunkt. Durch die Verwendung mehrstufiger Anpassnetzwerke basierend auf den zuvor erstellten Leitungsmodellen bzw. eines Transformators wird zusätzlich eine hohe 3 dB-Bandbreite erreicht.
Unter Zuhilfenahme bereits vorhandener Komponenten und der vorgestellten Leistungsverstärker werden der Entwurf und die Inbetriebnahme von mehreren PCB-Sendermodulen für das Quadraturphasenmodulationsverfahren vorgestellt. Einzelne Aspekte dieses speziellen Entwurfs, wie die IC-PCB-Schnittstelle, werden mithilfe von Einzelmessungen und entsprechenden Modellierungen näher untersucht.
Die vorgestellten integrierten Modulatorschaltungen sind als Alternative zum zuvor beschriebenen System für den Einsatz in einem System basierend auf dem Ein-Aus-Modulationsverfahren konzipiert. Zum einen wird das Prinzip des geschalteten Oszillators aufgegriffen, um die Systemkomplexität weiter zu verringern. Zum Anderen wird ein kompensierter Modulator auf Grundlage der Gilbertzelle vorgestellt.