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Träger-Rückgewinnung und Demodulation des Signals

Das bei 60 GHz empfangene Signal wird zunächst in einen Zwischenfrequenzbereich auf 5 GHz umgesetzt. Nun gilt es zunächst, den enthaltenen Signalträger vom Modulationsinhalt zu trennen. Hierzu wird das Signal vervierfacht, was die Phaseninformation sowohl bei binärer als auch quaternärer Phasenumtastung entfernt.

Das empfangene Signal enthält noch Amplitudenfluktuationen, die durch das Bandpassfilter mit einer Mittenfrequenz von 20 GHz entfernt werden. Das bereinigte Signal wird nunmehr durch vier geteilt, um die Trägerfrequenz zu erhalten – die spezielle Frequenzteiler-Schaltung liefert gleichzeitig zwei um 90° phasenverschobene Signale, die nach einer Phasenkorrektur direkt den beiden Phasendetektoren zugeführt werden.

Architektur lässt sich monolithisch implementieren

Diese Art der Träger-Rückgewinnung und Demodulation wurde zuerst in [4] als Konzept für kohärent-optische Systeme beschrieben und wird hier zum ersten Mal auf Millimeterwellenschaltungen angewandt [5]. Am Ausgang der Phasendetektoren liegen nach Tiefpassfilterung (LPF) und Begrenzerverstärker direkt die Digitalsignale an, die im vorliegenden Fall einer Weiterverarbeitung in einem FPGA zugeführt werden.

Zu berücksichtigen ist, dass bei der beschriebenen Punkt-zu-Punkt-Übertragung Mehrwege-Effekte nur eine untergeordnete Rolle spielen. Auf eine Kanal-Entzerrung kann deshalb verzichtet werden.

Diese Architektur lässt sich im Prinzip monolithisch auf einem IC integrieren, wobei die Filterstrukturen (BPF, LPF) ohne signifikanten Zusatzaufwand auf der IC tragenden Leiterplatte implementiert werden können. Die Ergebnisse beruhen noch auf einem Multi-Chip-Aufbau, bei dem Downconverter, Demodulator und Limiter je als ein IC in der sehr kostengünstigen SiGe2RF-Technologie von Telefunken Semiconductors (f_T, f_max = 80 GHz) [6] und der rauscharme Vorverstärker in der leistungsstärkeren SG25H1-Technologie von IHP GmbH (f_T = f_max = 190 GHz) [7] implementiert wurde.

Parasitäre Effekte im Signal reduzieren

Als gemeinsames Trägermaterial dient kostengünstiges Rogers RT/Duroid 5880, auf dem die planaren Antennen implementiert werden. Die Schaltkreise werden durch konventionelles Draht-Bonden mit der Platine verbunden, wobei für den 60-GHz-Übergang eine Kompensationstechnik zum Einsatz kommt, um die bereits störenden parasitären Reaktanzen der Bondverbindung zu beherrschen [8].

Alle Komponenten sind für differentielle Signale ausgeführt, um parasitäre Effekte von gemeinsamen Netzwerkknoten wie Masseverbindungen oder Betriebsspannungen zu reduzieren.

Der Modulaufbau und die IC-Realisierung

Die Struktur in der Detailansicht ganz links dient der Kompensation der Bonddraht-Induktivität, die hier in ein Netzwerk zur Impedanztransformation eingebettet wurde. Das IC links ist der rauscharme Vorverstärker (LNA), der Chip rechts der eigentliche Downconverter, der den Ab-wärtsmischer mit einem PLL-stabilisierten Lokaloszilla-tor kombiniert.

Das Demodulator-IC enthält die gesamte analoge Signalverarbeitung mit Ausnahme des Bandpassfilters bei 20 GHz. Zur fehlerfreien Demodulation ist ein Bandpassfilter hoher Güte erforderlich, das auf einem IC nicht realisiert werden kann, ferner würde es die Chipfläche unzulässig vergrößern.

Bandpassfilter auf der Platine integrieren

Das Bandpassfilter kann ohne Zusatzaufwand in Streifenleitungstechnik auf der Platine des Moduls integriert werden. Mehrkosten entstehen durch zwei zusätzliche Bondverbindungen. Dabei wird die nötige Platine nicht in ihrer Fläche vergrößert.

Diese Lösung ist von den Kosten einer monolithischen Integration des Bandpassfilters vorzuziehen. Das verwendete Substratmaterial wird bei der Realisierung der planaren Antennenstrukturen eingesetzt, sodass einer Integration aller Komponenten in einem Modul nichts entgegen steht.