2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/15521Ziel des Projekts ist der Entwurf einer breitbandigen, zirkular polarisierten Antenne im W-Band und deren Integration mit einem CMOS Leistungsverstärker als gemeinsames System-in-Package, welches als aktiver Einzelstrahler in einem Gruppenstrahler-basierten Sendersystem einsetzbar sein soll. Geplant ist eine enge Zusammenarbeit mit Prof. Georg Böck, TU Berlin, da sich die Gruppe von Prof. Böck mit dem oben genannten Leistungsverstärker befasst. Im W-Band stehen insgesamt 35 GHz Bandbreite zur Verfügung, so dass hier anders als bei niedrigeren Frequenzbändern (z.B. UWB oder 60 GHz) Modulationsverfahren mit niedriger Komplexität (3-4 bit/s/Hz) eingesetzt werden können. Im Gegensatz zu höheren Frequenzbändern (über 200 GHz) sind CMOS-Prozesse mit ausreichend hohen Grenzfrequenzen bereits kommerziell verfügbar, so dass der Entwicklung von Schaltungen und darauf bauenden Systemen eine niedrigere technologische Barriere entgegensteht. Gruppenstrahler bieten einerseits den Vorteil, über die Skalierbarkeit des Systems das Linkbudget an verschiedene Einsatzszenarien anzupassen, und andererseits die Möglichkeit, über analoge oder digitale Strahlformung mobile Teilnehmer mittels einer gerichteten Sichtverbindung anzusprechen, was eine bessere Verbindungsqualität ermöglicht. Ein Ziel des Projekts ist der Aufbau eines einfachen, kleinen (z.B. 2x1- oder 2x2-) Gruppenstrahler-Demonstrators. Der zu entwerfende Einzelstrahler soll zirkular polarisiert sein, da so die Ausrichtung zwischen Basisstation und Endgerät entfällt. Des Weiteren kann durch die gleichzeitige Nutzung zweier orthogonaler Polarisationen (links- und rechtszirkular) der Datendurchsatz verdoppelt werden. Der zu entwerfende Einzelstrahler soll daher zwei Polarisationen unabhängig anregen können (Polarisationsmultiplex). Ein Ziel des Projekts ist der Aufbau eines Einzelstrahler-Demonstrators mit Polarisationsmultiplex. Da der WLAN/WPAN Markt ein Endkundenmarkt ist, soll als Technologie ein kostengünstiger Fotopolymerisations-Prozess genutzt werden. Dieser bietet eine feine Strukturauflösung im Mikrometerbereich, und durch den gut kontrollierbaren vertikalen Schichtaufbau sind Strukturen möglich (z.B. schräge Wände), welche sich in herkömmlichen Technologien mit wenigen, vergleichsweise dicken Schichten nicht realisieren lassen. Die direkte Einbettung von aktiven Komponenten in den Schichtaufbau ermöglicht darüber hinaus integrierte (Sub-)systeme mit optimal aufeinander abgestimmten Übergängen und geringeren Signalverlusten. Die grundlegende Herausforderung ist, mit den gegebenen technologischen Möglichkeiten möglichst gute Systemeigenschaften (z.B.: hohe Bandbreite, geringe Verluste) zu erzielen.The main goal of this proposal is the design of a wideband, circularly polarized antenna at W-band and its subsequent integration with a CMOS power amplifier to a system-in-package which may be used as an active radiating element within an array-based transmitter. The project shall be completed in close cooperation with Prof. Georg Böck, TU Berlin, as Prof. Böck‘s group is concerned with the above mentioned CMOS power amplifier. The W-band offers a total bandwidth of 35 GHz. Unlike lower frequency bands (e.g., UWB or 60 GHz) modulation schemes with moderate complexity (3-4 bit/s/Hz) may be employed. In contrast to higher frequency bands (200 GHz and above) CMOS processes with sufficiently high cutoff frequencies are already commercially available, so that the technological barrier for the design of circuits and systems is considerably lower. Antenna arrays are advantageous because, on the one hand, they enable system scalability, which means that the link budget may be adapted to suit different application scenarios. On the other hand, they are a prerequisite for analog or digital beam steering, which may be used to communicate with users via a directed line-of-sight (LOS) connection and thus improves the link quality. One goal is the design and fabrication of a simple, small (e.g. 2x1 or 2x2) antenna array demonstrator. The designed antenna element shall be circularly polarized so that there is no need for alignment between the base station and the user‘s mobile device. Further, by utilizing two orthogonal polarizations (left- and right-handed circular polarization) the data rate is doubled. The designed antenna element thus supports two independently driven polarizations (polarization multiplexing). One goal is the design and fabrication of an active antenna element with polarization multiplexing. Since WLAN/WPAN is mainly a customer market, the employed technology is a low-cost stereolithographic process. The process has a micrometer-scale feature size and well-controlled vertical growth by deposition and curing of polymers, which enables structures (e.g. inclined walls), which cannot be fabricated with `standard` PCB or MMIC processes (due to layer thickness or limited amount of layers). Direct packaging of active components into the polymer layers leads to integrated (sub)-systems with optimally designed interconnects and, thus, lower signal losses. The basic underlying challenge of the proposal is to use these technological opportunities to achieve the best possible system performance (e.g.: wide bandwidth, low losses).