S-Klasse für die Mobilfunkwelt

Die Einführung des Mobilfunkstandards UMTS sorgte vor einiger Zeit für viel Aufmerksamkeit. Mittlerweile gibt es auch in der nächsten Generation WiMAX erste kommerzielle Angebote.

Für solche neuen Mobilfunkanwendungen hat das Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik ein innovatives S-Klasse-Verstärkerkonzept entwickelt. Es ist die Basis für hocheffiziente und multifunktionale Verstärker.

Verstärker sind zentrale Bauteile in allen elektronischen Geräten. In Mobilfunk-Basisstationen sorgen Leistungsverstärker dafür, dass die notwendige Leistung zum Abstrahlen der Daten bereitgestellt wird. Sie sind aber auch hauptverantwortlich für den Energieverbrauch und zudem sind die bisherigen Konzepte frequenzabhängig, das heißt sie bedienen nur eine Frequenz und sind in ihrem Wirkungsgrad begrenzt.

„Mit der Arbeit an den Klasse-S-Verstärkern betreten wir Neuland im Design von Hochfrequenz-Leistungsverstärkern“, sagt Dr. Chafik Meliani, Arbeitsgruppenleiter am FBH. „Unsere Verstärker sollen künftig eingesetzt werden, wenn besonders hohe Wirkungsgrade und Linearität gefragt sind und wenn Signale auf verschiedenen Frequenzbändern verstärkt werden müssen“, erläutert Meliani. Einen ersten Demonstrator des neuen energieeffizienten und hochlinearen Klasse-S-Verstärkers hat seine Arbeitsgruppe „Leistungsverstärker“ nun vorgestellt. Das BMBF hat die Arbeiten im Rahmen des GaN-Switchmode-Projektes gefördert.

Das Neue an den Klasse-S-Verstärkern ist, dass sie digitale Signale verstärken und erst nach der Verstärkung wieder analoge Signale ausgeben. So fallen die Leistungsverluste, die bei der Verstärkung analoger Signale unvermeidlich sind, deutlich geringer aus. Damit ist theoretisch ein Wirkungsgrad von 100 Prozent möglich, was im Fall analoger Verstärker grundsätzlich nicht möglich ist. Zusätzlich wird dank der Verstärkung digitaler Signale weniger Energie für die Signalbearbeitung benötigt – die Betriebskosten für die Endgeräte sinken. Der demonstrierte Verstärker erreicht einen Wirkungsgrad von derzeit 71 Prozent und wurde erstmalig bei Frequenzen von 450 MHz demonstriert; das ist führend im internationalen Vergleich. Ziel der Entwicklung sind die Frequenzen der Mobilfunkstandards UMTS mit 2 GHz und WiMAX mit 3,5 GHz.

Bisher waren die analoge Hochleistungs-Hochfrequenzwelt und die digitale Welt getrennt. Mit den Klasse-S-Verstärkern ist nur noch ein Bauteil notwendig, mit dem viele verschiedene Funktionen ausgeführt werden können. Das eröffnet neue Wege zu kompakten, flexiblen und dabei besonders energieeffizienten Endgeräten, aber auch zu völlig neuartigen Anwendungen für die Kommunikationstechnologie.

Weitere Informationen

Gisela Gurr, M.A.
Referentin Kommunikation & Marketing
Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik
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Hintergrundinformationen – Das FBH
Das Ferdinand-Braun-Institut für Höchstfrequenztechnik ist eines der weltweit führenden Institute für anwendungsorientierte und industrienahe Forschung in der Mikrowellentechnik und Optoelektronik. Auf der Basis von III/V-Verbindungshalbleitern realisiert es Hochfrequenz-Bauelemente und Schaltungen für Anwendungen in der Kommunikationstechnik und Sensorik. Leistungsstarke und hochbrillante Diodenlaser entwickelt das Institut für die Materialbearbeitung, Lasertechnologie, Medizintechnik und Präzisionsmesstechnik. Für künftige Anwendungen führt das FBH grundlegende Untersuchungen an Nitriden durch, beispielsweise für die Realisierung von kurzwelligen UV-Lichtquellen oder Transistoren für sehr hohe Spannungen. Die enge Zusammenarbeit des FBH mit Industriepartnern und Forschungseinrichtungen garantiert die schnelle Umsetzung der Ergebnisse in praktische Anwendungen. Das Institut beschäftigt 240 Mitarbeiter und hat einen Etat von 17,1 Millionen Euro. Es gehört zum Forschungsverbund Berlin e.V. (FVB) und ist Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft.