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11-2020

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

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Editorial Aktive Bauelemente für die Hochfrequenzanwendungen der Zukunft Johannes Horvath Field Application Engineer Analog Devices GmbH Das Mooresche Gesetz kann man mit Einschränkungen auch bei den analogen ICs für Hochfrequenzapplikationen anwenden, da die zunehmende drahtlose Kommunikation nach immer mehr Bandbreite oder höheren Datenraten verlangt. Nach dem Shannon-Theorem benötigt man zur Erzielung der maximalen Datenübertragungsrate entweder mehr Bandbreite oder einen besseren Signal-Rausch-Abstand. Und der Weg zu mehr Bandbreite führt zwangsläufig zu höheren Übertragungsfrequenzen. Diese findet man z.B. in Glasfaserkabeln, Richtfunkstrecken usw. bis hin zur Satellitenkommunikation über LEOs (Low Earth Orbit). Sie bieten zwar mehr nutzbare Bandbreite, sind aber mit höherer Streckendämpfungen bei der Wellenausbreitung verbunden. Diese kann durch einen verbesserten Antennengewinn kompensiert werden, z.B. mit phasengesteuerten Antennenarrays. Die zunehmende Kommunikation ergibt sich auch durch das Bestreben, in Anlagen viele technische Parameter zu erfassen und mit diesen zu regeln und zu steuern. Die Datenströme für diese Anwendungen benötigen eine sehr geringe Bandbreite oder Bitrate. Auf der anderen Seite steigen aber die Herausforderungen an die Größe der Geräte, an das Gewicht und nach geringem Stromverbrauch (SWaP). Die dafür eingesetzten Halbleiter definieren zunehmend, was da in Sachen Performance machbar ist und was nicht machbar sein wird. Darüber werden zusätzlich Parameter wie Signal- Rausch-Abstand, Selektivität, Linearität, Leistungsaufnahme und Störsicherheit entscheiden. Wie werden die Halbleiterhersteller darauf reagieren? Das Moorsche Gesetz wird in seiner ursprünglichen Form nicht weiter gültig sein. Von einem 10 nm Halbleiter Prozess (oder kleiner) profitieren die komplexen Radioarchitekturen. Die Integration von zusätzlichen Funktionen und die sehr geringe Leistungsaufnahme ermöglichen auch eine Software- Rekonfigurierbarkeit der Hardware, die wegen der Kosten bislang aber nur in spezifischen Anwendungsfällen zum Einsatz kommt. Neue Gehäusetechnologien integrieren Antennen und Halbleiter in einem Gehäuse und die Modularität wird zunehmend wichtiger, um Möglichkeiten zu schaffen, unterschiedliche Halbleiter in einer Schaltung einzusetzen. Hier spielt die Standardisierung der Halbleiter eine zunehmende Rolle und offene Softwarestandards werden ebenso Teil von zukünftigen Funkapplikationen sein. Verfeinerte Modellierung und Simulation von HF-Schaltungen und -Halbleitern werden benötigt, da es wegen der zunehmenden Digitalisierung weltweit immer weniger Hochfrequenzexperten geben wird. Die Digitalisierung in einer modernen Funkempfängeranwendung erfolgt entweder gleich in den Hochfrequenzeingangsstufen oder nach dem Mischer in der ersten ZF-Stufe. Die effiziente Verarbeitung der dann generierten komplexen I/Q-Datenströme wird weiter wichtig sein. Der Dynamikbereich, die spektrale Rauschleistungsdichte und die Linearität für kleinste Intermodulations-Produkte werden bei der Entwicklung der A/D- und D/A- Wandler eine große Herausforderung für die Hersteller bleiben. Zusätzlich ermöglichen die kleiner werdenden Bahngeometrien Betriebsspannungen unter 1 V, was zu neuen Architekturen führt, um u.a. den Dynamikbereich weiter zu vergrößern. Zusammenfassend kann man feststellen, dass größere Bandbreite, höhere Frequenzen, größerer Dynamikbereich, niedrigere Leistungsaufnahme und die zunehmenden unterschiedlichen Dienste eine große Herausforderung für die Halbleiter- und Elektronikindustrie sein wird. Wir werden uns noch intensiver mit den Details der Hochfrequenztechnik auseinandersetzen müssen. Auf diesem sehr anspruchsvollen Weg läuft man aber auch Gefahr, die Physik außer Acht zu lassen. Sorgfalt wird da von Vorteil sein, damit man die von der Natur bestimmten Gesetzmäßigkeiten nicht übersieht. ◄ Kondensatoren Single Layer Chip Capacitors (SLC) n n n SLC Commercial Grade SLC High Reliability Broadband Blocks Multilayer Chip Capacitors (MLC) n n n n High Q Non-Magnetic Flexicap Industrial Grade Variable Capacitors n n n n Air Glass Sapphire PTFE Dielectrica www. .de Technische Beratung und Distribution municom GmbH Traunstein · München EN ISO 9001:2015 Mail: info@municom.de · Tel. +49 86116677-99 hf-praxis 11/2020 3

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