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5-2022

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

HF- und

HF- und Mikrowellentechnik Schwerpunkt in diesem Heft: 5G/6G und IoT 5G Broadcast bereit für Kommerzialisierung Spinner 5G Broadcast Maskenfilter, das für die Live-Präsentation eingesetzt wurde Die ersten 5G Broadcast (auch bekannt als LTE-basierter terrestrischer 5G-Rundfunk) auf der Grundlage des FeMBMS-Standards wurden bereits vor einigen Jahren durchgeführt. FeMBMS steht für Further evolved Multimedia Broadcast Multicast Service und ist eine Erweiterung von eMBMS, auch bekannt als LTE Broadcast, welches im Zuge des 3GPP Release 14 eingeführt wurde. Es ermöglicht die 100%-ige Nutzung der verfügbaren Übertragungskapazität für Rundfunkdienste. Mögliche Anwendungen Die möglichen Anwendungen reichen von Hochleistungsstationen, die im Einzelfrequenzmodus arbeiten und große Gebiete versorgen, bis hin zu Testfeldern mit geringer Leistung innerhalb eines lokalen Veranstaltungsorts. Obwohl sich die Testtechnologie weiterentwickelte, waren zu diesem Zeitpunkt noch keine für die 5G-Übertragung geeigneten kommerziellen Mobilgeräte auf dem Markt verfügbar. Anfang dieses Jahres verlagerte sich der Schwerpunkt auf diese Empfangsgeräte. Die 5G-Broadcast-Lösung basierte auf dem 3GPP Release 16-Feature Set und lief im Freeto-Air-Modus (FTA) im reinen Empfangsmodus (ROM) ohne die Notwendigkeit einer SIM-Karte. Der dedizierte 5G-Broadcast-Modus wurde im UHF-Band mit einem eigenständigen High-Power-High-Tower (HPHT)-Broadcasting-Setup demonstriert. 5G Broadcast ermöglicht eine breite Palette von Anwendungen, z.B. auch für die Automobilindustrie. Obwohl viele der Praxisversuch die Übertragung von Live-Inhalten demonstrieren, beschränkt sich 5G Broadcast nicht auf solche Anwendungen. Wann immer es sinnvoll ist, Daten an mehrere Empfänger gleichzeitig zu senden, stellt es eine effiziente Ergänzung zu den Mobilfunknetzen dar. ■ Spinner GmbH www.spinner-group.com/de/ Präzisionsmaterialien machen 5G-Schaltkreise erst möglich Der neue, schnelle 5G-Mobilfunk arbeitet mit Frequenzen im Bereich von 28 Gigahertz und höher. Damit eine solch anspruchsvolle technische Infrastruktur reibungslos arbeiten kann, ist in Basisstationen und Endgeräten der Einsatz sehr spezieller Materialien notwendig: Sie dürfen die hochempfindlichen elektronischen Schaltkreise nicht beeinträchtigen und die Signale nicht verzerren oder dämpfen. Mit ihren RO4835T-Laminaten und RO4450T- Bonding-Materialien bedient die Rogers Corporation diesen schnell wachsenden Markt. Rogers‘ RO4835T glasfaserverstärkte, keramikgefüllte Laminate sind verlustarme Materialien in den Stärken 2,5, 3 und 4 mil (63,5, 76,2 und 100 µm). Sie sind ideal einsetzbar als wesentliches Element des inneren Aufbaus von von 5G-Hybrid- Multilayer-Leiterplatten und ähnlichen Schaltungen im Millimeterwellenbereich. Diese Laminate lassen sich mit anderen Materialien kombinieren, um die vielen komplexen Funktionen bereitzustellen, die von 5G-Mobilfunk-Basisstationen benötigt werden. Das gilt für alle Komponenten solcher Systeme, einschließlich Stromversorgung, Signalsteuerung und Signalübertragung. Mit seinen Bonding- Materialien RO4450T – erhältlich in Stärken von 3, 4 und 5 mil (76,2, 100 und 125 µm) – unterstützt Rogers den Aufbau dieser 5G-Hybrid-Multilayer-Schaltungen. Diese glasfaserverstärkten und intern mit Keramikwerkstoffen beschichteten Folien ergänzen das Spektrum der unterschiedlichen Materialien, aus denen diese Hybridschaltungen aufgebaut sind – einschließlich der RO4835T- und RO4000-Laminate von Rogers. Darüber hinaus sorgen Rogers CU4000- und CU4000-LoPro-Folien in zahlreichen 5G-Hybrid-Multilayer-Schaltungen dafür, dass die elektrischen und elektromagnetischen Spezifikationen exakt eingehalten werden. ■ Rogers Germany GmbH www.rogerscorp.com/pes 24 hf-praxis 5/2022

5G/6G und IoT Millimeterwellen-5G-Chipsatz Analog Devices, Inc. stellte einen Millimeterwellen-5G-Frontend- Chipsatz vor, der die erforderlichen Frequenzbänder abdeckt und es Designern erlaubt, die Komplexität zu reduzieren und in kürzerer Zeit mit kleineren, vielseitigeren Funk-Lösungen auf den Markt zu kommen. Der Chipsatz besteht aus vier hochintegrierten ICs und sorgt als Komplettlösung dafür, dass sich 5G-Funkeinheiten im Bereich von 24 bis 47 GHz mit deutlich weniger Bauelementen realisieren lassen. Background Angesichts der weltweit steigenden Verbreitung der 5G-Technik sind die Betreiber zunehmend gefordert, die Rollout-Kosten zu senken und ihre Netzabdeckung gleichzeitig durch energieeffizientere, leichtere und zuverlässigere Funkeinheiten zu erweitern Notwendig hierfür sind hochgradig lineare, kompakte und energieeffiziente Breitband-Produkte, die die Wiederverwendung vorhandener Designs in mehreren Frequenzbändern zulassen, ohne dass Kompromisse an der Qualität oder der Leistungsfähigkeit erforderlich sind. Der mmW-Frontend-Chipsatz von ADI gestattet OEMs eine Abkehr vom Schmalband- Paradigma, bei dem konkurrierende Lösungen weniger Bandbreite in Kauf genommen haben, um die Designumsetzung zu vereinfachen und die HF-Performance zu verbessern, und bei denen gleichzeitig entscheidende Intellectual-Property-Elemente wie etwa Packaging, Test und thermische Modellierung ausgelagert wurden. Aufbau Der neue Chipsatz besteht aus zwei einkanaligen (1T1R) Auf-/Abwärtswandlern (Up-/ Downconverters, UDCs) und zwei 16-kanaligen Dual-Polarisations-Beamformern auf der Basis eines fortschrittlichen CMOS-Prozesses. Die von den Beamformern gebotene Energieeffizienz und lineare Ausgangsleistung macht es möglich, Abmessungen, Gewicht, Stromverbrauch und Kosten von mmW-basierten Phased-Array- Designs gegenüber konkurrierenden Lösungen zu reduzieren. Die Fullband-UDCs mit ihren hohen Treiberpegeln machen Varianten für bestimmte Frequenzbänder überflüssig und ermöglichen überdies den Verzicht auf separate Treiberstufen, sodass sich der Bauteileaufwand verringert. Nicht zuletzt gestattet der Chipsatz die problemlose Nutzung von Phased- Array-Kalibrierfunktionen bei laufendem Betrieb im Feld, zusätzlich zum werksseitigen Abgleich mit patentiertem IP im nichtflüchtigen Speicher (NVM). OEMs vermeiden hierdurch die Restriktionen der bisherigen, rein NVM-basierten Designs, die nur eine einmalige, werksseitige Kalibrierung des Beamformers ermöglichten, ohne Nicht-Idealitäten außerhalb der ICs zu berücksichtigen, was zu suboptimalen Kalibrierresultaten führte. Der mmW 5G-Frontend- Chipsatz von Analog Devices besteht aus folgenden Komponenten: • ADMV4828 16-kanaliger Single-Chip-Beamformer für das gesamte Band von 24...29,5 GHz mit einer Ausgangsleistung von >12,5 dBm bei 3% EVM mit einem 400 MHz 64QAM 5G Signal. Die Leistungsaufnahme beträgt dabei lediglich 310 mW pro Kanal: www.analog.com/admv4828 Die Schaltung mi st Rückflu s- dämpfungen von bis zu 20 dB Die vo lständige Dokumentation für das EVAL-VSWR-SDZüber einen Eingangsleistungsbereich von 25 dB (Rückflu s- Board einschließlich Schaltplänen, Layouts, Gerber-Dateien und Stückliste steht im CN-0387 Design Support Package dämpfungen von mehr als 20 dB unter www.analog.com/CN0387-DesignSupport zum Download bereit. Analog Devices können über einen kleineren Eingangsleistungsbereich geme sen www.analog.com 2 hf-praxis 8/2021 • ADMV4928 16-kanaliger Singlechip-Beamformer für das gesamte Band von 37 bis 43,5 GHz mit einer Ausgangsleistung von >11,5 dBm bei 3% EVM mit einem 400 MHz 64QAM 5G Signal sowie einer Leistungsaufnahme von nur 340 mW pro Kanal: www. analog.com/admv4928 • ADMV1128 Breitband-UDC (24 bis 29,5 GHz) mit optionalem, Onchip- HF-Schalter und hybriden x2/ x4-LO-Multiplizierer-Betriebsarten sowie Basisband-IQ-Unterstützung: www.analog.com/ admv1128 • ADMV1139 Breitband-UDC (37 bis 50 GHz) für das künftige 47-GHz-Band sowie die 5G-NR-Bänder von 37 bis 43,5 GHz in Singlechip- Ausführung mit optionalem, chipintegriertem HF-Switch-, Hybrid- und Basisband-IQ- Unterstützung: www.analog. com/admv1139 ■ Analog Devices, Inc. www.analog.com Fachartikel, Pressemitteilung oder Fachbuch schreiben – aber wie? Erfahrener Autor und Lektor des beam-Verlags zeigt Ihnen den optimalen Weg und begleitet Sie bis zum Ziel. Kontakt: frank.sichla@gmx.de hf-praxis 5/2022 25 Messtechnik Rückflussmessung ohne Kalibrierung Grundaufbau des Reflexionsgrößen-Me systems Die gezeigte Schaltung mi st die Rückflussdämpfung an einem Sender im Frequenzbereich 1 bis 28 GHz genau, ohne da s eine Systemkalibrierung erforderlich ist. Das Design wird auf einer einzelnen Leiterpla te mit einem nichtreflektierenden HF-Schalter implementiert und besteht aus einem Mikrowe len-HF-Detektor und einen 12-Bit-Präzisions- Analog/Digital-Wandler. Um die Schaltung über einen möglichst breiten Frequenzbereich anzuwenden, wurde anste l eines schmalbandigen, oberflächenmontierbaren Richtkopplers ein Dualport-Richtkoppler mit SMA-Steckern verwendet. Rückflu sdämpfungen von bis zu 20 dB werden). Ein einzigartiges Merkmal der Schaltung besteht darin, da s sie die Rückflu sdämpfung anhand eines einfachen Verhältnisses der digitalisierten Spannungen des HF-Detektors berechnet, wodurch eine Systemkalibrierung entfä lt. Das SWR, die Rückflu sdämpfung und der Reflexionskoe fizient werden unter Verwendung des Verhältni ses zwischen den vom ADC abgetasteten vorwärts- und rückwärts gekoppelten Spannungen berechnet. Leistungsdetektor ADL6010 Der Leistungsdetektor ADL6010 hat eine Linear-in-V/V-Kennli- Literatur nie, die für diese Anwendung von entscheidender Bedeutung ist. Wie im Diagramm gezeigt, var iert die Ausgang spannung mit der Frequenz. Diese Variation der Übertragungsfunktion gegenüber der Frequenz verschlechtert die Leistung der Schaltung in keiner Weise, da die Berechnung der Rückflussdämpfung auf einer ratiometrischen Berechnung bei einer bestimmten Frequenz beruht. Um ein klares Ablesen der Ergebni se vor der Aktualisierung zu ermöglichen, werden 50 Beispielergebni se gemi telt, bevor sie im GUI-Ergebnisfenster angezeigt werden. ◄

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