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11-2022

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

5G/6G und IoT Heterogene

5G/6G und IoT Heterogene Integrationstechnologien für den 6G-Mobilfunk Erfolgreiche Verbindung von InP und CMOS InP bietet die Grundlage für 6G-Technologie. Die heterogene Integration ist entscheidend, um InP zur Reife zu bringen und alle Komponenten in ein Gesamtsystem zu integrieren. Mit jeder Mobilfunkgeneration ist die Zahl der Teilnehmer enorm gestiegen, und jeder nutzt eine immer größere Menge an Daten. „Heute haben wir die fünfte Generation 5G mit mehr als einer Milliarde Menschzu-Maschine- und Maschinezu-Maschine-Verbindungen mit Spitzendatenraten von 10 GBit/s erreicht. 5G ist ein Wendepunkt. Denn wir brauchen nicht nur mehr Daten und mehr Verbindungen mit immer höherer Geschwindigkeit, sondern müssen überlegen, wie wir neue Einsatzmöglichkeiten wie autonomes Fahren und holografische Präsenz realisieren. Dieser Trend wird sich bis zu 6G fortsetzen, das im Jahr 2030 erwartet wird. Dort erwarten wir Spitzendatenraten von mehr als 100 GBit/s, eine extreme Abdeckung und flächendeckende Konnekti- Autoren. Dr. Nadine Collaert, Programmdirektorin und Dr. Michael Peeters, VP of R&D für Konnektivität Imec www.imec-int.com vität“, so Michael Peeters, VP of R&D for Connectivity bei imec. Indiumphosphid für Leistung und Effizienz bei hohen Frequenzen Mit 6G sollen Frequenzen über 100 GHz – beginnend mit dem D-Band um 140 GHz – in Angriff genommen werden. Michael Peeters: „Wir sind der Ansicht, dass die größte Herausforderung bei Frequenzen oberhalb von 100 GHz darin besteht, eine ausreichende Leistung mit einem ausreichend hohen Wirkungsgrad zu erzeugen. Sowohl bei CMOS- als auch bei SiGe- Verstärkern beträgt die gesättigte Ausgangsleistung im D-Band nicht mehr als 15 dBm, und der Wirkungsgrad liegt typischerweise unter 10%, was sehr niedrig ist, wenn man bedenkt, dass gängige Modulationsverfahren wie 64-QAM mehr als 6 dB darunter arbeiten müssen. Der Wirkungsgrad sinkt zudem mehr als linear mit der Ausgangsleistung. Indiumphosphid (InP) ist der Champion bei diesen Frequenzen mit einer Ausgangsleistung von über 20 dBm und einem Wirkungsgrad von 20 bis 30%. InP kann die erforderliche Leistung bei hohen Frequenzen erbringen. Vor allem, wenn der Platzbedarf begrenzt ist und nur eine begrenzte Anzahl von Antennen untergebracht werden kann, hat InP die Nase vorn und bietet einen halb so hohen Leistungsbedarf auf einer halb so großen Grundfläche.“ InP-Technologie zur Produktreife gebracht Die Entwicklung von InP-HBTs (Heterojunction Bipolar Transistor), die mit hohen Frequenzen arbeiten können, erfordert eine erprobte und wirtschaftliche Technologie und einen Ansatz zur Kombination InP-basierter Komponenten mit siliziumbasierten Komponenten zu einem Gesamtsystem. Für beide Herausforderungen ist die heterogene Integration eines III-V- Materials wie InP mit CMOS der Schlüssel. Schließlich wird CMOS weiterhin für Kalibrierung, Steuerung, Strahlformung und Konverter benötigt. Die InP-Technologie wird derzeit auf kleinen Substratwafern (

10 TO 65 GHZ mmWave Mixers Ultra-Wideband Frequency Conversion • IF band as wide as DC-20 GHz • Connectorized, SMT and die formats available • LO to RF Isolation as high as 45 dB • Conversion loss as low as 8.4 dB • Useable as an up and down converter • Suitable for 5G, WiGig, defense radar and communication, and more DISTRIBUTORS

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