Hochintegrierte Millimeterwellen-Frontends für Beamsteering-Anwendungen in 5G-Repeatersystemen

Der digitale Mobilfunk hat seit seiner Einführung im Jahr 1992 bis hin zum aktuellen Mobilfunkstandard 5G eine imposante Entwicklung hingelegt. Um den zunehmenden Bedarf datenintensiver Anwendungen im Mobilkommunikationsbereich erfüllen zu können, nutzt 5G erstmalig Bänder im Millimeterwellenfrequenzbereich, welche hohe Bandbreiten und damit hohe Datenraten ermöglichen. Dies legt den Grundstein für eine Reihe neuartiger Anwendungsmöglichkeiten wie intelligente Verkehrssysteme, vernetzte Medizinprodukte, Virtual Reality sowie das Internet der Dinge. Die höheren Ausbreitungsverluste im Millimeterwellenfrequenzbereich erfordern jedoch neue Konzepte und Technologien.
In der vorliegenden Arbeit wird ein hochperformantes 2×2-Transceiver-Frontend mit Beamsteering-Funktionalität als Kernkomponente eines modularen 5G-Repeaters entworfen, implementiert und charakterisiert. Für horizontale und vertikale Polarisation integriert das 28 GHz-Frontend insgesamt acht Transceiver-Kanäle, einen 1:4/4:1-Leistungsteiler/-kombinierer pro Polarisation und eine digitale Schnittstelle. Die Kernkomponenten bilden präzise Phasenschieber sowie rauscharme Vorverstärker. Das Frontend wird als Teil eines 2×2-Demonstrators messtechnisch vollständig charakterisiert. So erreicht dieses für modulierte 5G-Signale mit einer Signalbandbreite von 400 MHz eine Dynamik von mindestens 22 dB im Up- und Downlink. Damit eignet sich das Beamsteering-Transceiver-Frontend bestens für den Einsatz in Millimeterwellen-Kommunikationssystemen.