Das Ferdinand-Braun-Institut präsentiert auf dem MikroSystemTechnik Kongress weltraumtaugliche Diodenlaser-Module, die auf der einzigartigen Mikrointegrations- Technologie des Instituts basieren. Weitere hybrid-integrierte Komponenten zeigt es aus Mikrowellentechnik und Terahertz-Elektronik.

Seine Entwicklungen stellt das Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchst- frequenztechnik (FBH) auf dem MikroSystemTechnik Kongress vor. Vom 28. bis 30.Oktober ist das FBH am Gemeinschaftsstand der Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland (FMD) im Estrel Berlin vertreten.

Kompakte und stabile Lasermodule für quantenoptische Präzisionsexperimente
Das FBH besitzt umfassende Erfahrung bei der Entwicklung und Fertigung von kompakten, hybrid-integrierten Diodenlasermodulen. Ihr Design wird exakt auf die jeweilige Anwendung zugeschnitten. Die Technologie ist so in vielfältigen Bereichen einsetzbar, von der Sensorik über die Medizintechnik bis hin zu Weltraumanwendungen. Am Messestand zeigt das Institut Diodenlaser-Module, die bereits erfolgreich in verschiedenen Experimenten unter Schwerelosigkeit eingesetzt wurden. Die Module bestehen aus Laserdioden, die am FBH entwickelt und hergestellt und gemeinsam mit Optiken und weiteren passiven Elementen mit höchster Stabilität und Präzision – teils in Bereichen von unter 100 nm – aufgebaut werden. Dank der einzigartigen Mikrointegrationstechnologie des FBH sind die Module extrem robust und ideal für den Einsatz unter anspruchsvollen Bedingungen im Weltraum geeignet. Sie zeichnen sich zudem durch geringe Abmessungen von nur 130 x 80 x 25 mm³, eine geringe Masse (750 g) sowie exzellente Leistungsparameter aus: Ausgangsleistungen > 500 mW bei zugleich schmaler intrinsischer Linienbreite < 1 kHz werden erreicht.

Entwicklungen aus der Mikrowellentechnik und Terahertz-Elektronik
Der Terahertz (THz)-Bereich bietet eine gute räumliche Auflösung und kann die meisten nicht-metallischen Materialien durchdringen. Damit eignet er sich für industrielle und sicherheitsrelevante Anwendungen. Das FBH zeigt THz-Detektoren, die sich auch zu Arrays anordnen lassen. Die III/V-basierten THz-Detektoren bieten beste Werte für die äquivalente Rauschleistung NEP < 25 pW/sqrt(Hz) mit höchster Empfindlichkeit von > 100 mA/W bei 500 GHz – und übertreffen damit die besten THz-Detektoren in CMOS-Technologie.

Für die mobile Kommunikation der Zukunft entwickelt das Institut digitale Leistungsverstärker mit  effizienten  Verstärker-Chips,  die  auf  dem  0,25 µm  GaN-HEMT-Prozess  des  FBH basieren. Mit ihnen hat das Institut die erste volldigitale Transmitterkette realisiert, die breitbandige  Signale  mit  höchster  Effizienz  und  Linearität  (47%  bei  > 52 dB ACLR) erfolgreich überträgt. Der kompakte digitale Transmitter eignet sich besonders für Mehrantennensysteme, bei denen er auf der Rückseite der Antenne montiert wird.

Das FBH stellt zudem Konzepte zum Envelope Tracking (ET) vor, eine bekannte Technik zur Effizienzsteigerung von Solid-State Power Amplifiern. Damit lässt sich die Versorgungs- spannung des HF-Leistungsverstärkers entsprechend der momentanen Hüllkurve des zu verstärkenden Signals modulieren. Zusammen mit der Europäischen Weltraumagentur ESA hat das FBH einen neuartigen ET-Demonstrator für die Kommunikation im Weltraum bei 1,62 GHz entwickelt. Der Verstärker hat eine Spitzenausgangsleistung von mehr als 90 W bei einer Modulationsbandbreite von 40 MHz. Mit einem 8,6 PAPR (Peak-to-Average Power Ratio)-Signal liegt der Gesamtwirkungsgrad bei 40%.

Das FBH hat das Konzept der Versorgungsspannungs-Modulation auch auf Millimeterwellen- Verstärker übertragen. Das entsprechende Modul besteht aus zwei identischen MMICs, die in Reihe geschaltet sind. Diese bestehen jeweils aus einem einstufigen Verstärker mit integriertem zweistufigen Spannungsschalter, der die Versorgungsspannung des Verstärkers in diskreten Stufen moduliert. Das Modul arbeitet im Bereich von 20 - 26 GHz mit 14 dB Verstärkung und mehr als 2 W/mm bei 20 V Versorgungsspannung.