5G and Millimeter-wave-based RF Systems - Trendthemen
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Trendthemen

5G und Millimeter-Wellen Hochfrequenz-Systeme

Der Millimeter-Wellen Frequenzbereich bietet, im Vergleich zum Spektrum der meisten aktuellen drahtlosen Kommunikations- und Radarsysteme, eine einzigartige enorme Bandbreite. Deshalb werden MM-Wellen Frequenzen zurzeit genutzt für die Entwicklung zukünftiger breitbandiger High-Speed-Systeme und hochauflösender Hochfrequenz-Anwendungen. So wird die 5. Mobilfunk-Generation (5G) wahrscheinlich das MM-Wellen Frequenzband nutzen, um Limitierungen des 4G-Systems überwinden zu können. Im Gegensatz zu 4G werden 5G-Netzwerke und Systeme sowohl für menschliche (HCC) als auch maschinelle (MTC) Kommunikation optimiert. Daher hat 5G das Potenzial eine Schlüsseltechnologie für bandbreiten-, geschwindigkeits- und latenzkritische HCC-/MTC-Anwendungen zu werden. Hierzu gehören Telediagnostik und Telechirurgie, Fahrzeug-Fahrzeug- bzw. Fahrzeug-Infrastruktur-Kommunikation für autonome Fahrzeuge, drahtlose Übertagung unkomprimierter hochauflösender Videos, Anwendungen im Bereich Augmented und Virtual Reality, taktiles Internet sowie einer Vielzahl von IoT-Anwendungen, die intelligente Lösungen für Gesundheitswesen, Energieversorgung, Logistik, Industrieproduktion (Industrie 4.0) und Stadtplanung ermöglichen.

Die Entwicklung von 5G und anderen MM-Wellen Hochfrequenzsystemen stellt gewaltige Aufgaben aufgrund der Ausbreitungseigenschaften von MM-Wellen, wie hohe Streckenverluste, Mehrwege-Ausbreitung und Abschattung. Um diese Herausforderungen zu bewältigen, werden neue Signalverarbeitungs-Algorithmen (z.B. für massives MIMO), Netzwerk-Architekturen und -Protokolle, Transceiver ICs, MM-Wellen Antennensysteme und HF-Systemintegrations-Ansätze benötigt. HF-Systemintegration ist dabei die Entwicklung von HF-Hardwaresystemen durch die Integration von ICs, Antennen, Passiven und anderen Systemkomponenten in Systemintegrations-Plattformen und System-Substrate.

Das Fraunhofer IZM hat einen Schwerpunkt auf innovativen HF-Designs miniaturisierter MM-Wellen Smart-Antennen Systeme und der Systemintegration für HF- und photonische Module. Die Arbeiten basieren auf einer Kombination unseres holistischen HF-Designansatzes (M3-Ansatz: Methoden, Modelle, Maßnahmen), den einzigartigen Möglichkeiten im Bereich des thermischen Entwurfs und der thermo-mechanischen Zuverlässigkeit sowie den fortschrittlichen Montage-, Verkapselungs- und Systemintegrations-Technologien, die Wafer-Level-und Substratintegrations-Ansätze kombinieren. In Zusammenarbeit mit unseren Partnern aus Industrie und Forschung entwickeln wir neue MM-Wellen HF-Komponenten, -Module und -Systeme für zukünftige drahtlose und photonische Kommunikations-Anwendungen sowie Radarsensoren.
 

Wir bieten die folgenden Dienstleistungen an


HF-Modellierung, Design und Test

  • Charakterisierung von dielektrischen Materialien auf der Basis von HF-Messungen bis 0,22 THz
  • HF-Modellierung, Design und Test miniaturisierter MM-Wellen Antennen und Antennensysteme
  • Entwicklung von Isolationsstrukturen für die Systemintegration von Mixed-Signal Anwendungen
  • HF-Design von Passiven, Interconnects, Systemintegrations-Plattformen und System-Boards
  • HF-Systemintegration und -Design unter Berücksichtigung von Signal- und Powerintegrität und Intrasystem-EMV
  • Design und Integration von leistungsfähigen drahtlosen Sensorknoten und -systemen

Photonische Modellierung, Design und Test

  • Charakterisierung von photonischen Komponenten durch Messungen im Wellenlängenbereich 600-1600 nm
  • Photonische Modellierung, Design und Test von photonischen ICs und Sub-Systemen
  • Entwicklung von photonischen Interconnects für die Systemintegration mit hohen Bandbreiten
  • Photonische Systemintegration unter Berücksichtigung von Latenz, Leistungsaufnahme und Skalierbarkeit
  • Design und Integration leistungsfähiger photonischer Systeme

Thermo-mechanische Modellierung und Entwurf, Umwelt- und Zuverlässigkeitsbewertung

  • Thermisches und thermo-mechanisches Design von MM-Wellen HF-Systemen
  • Bewertung des thermischen Managements und der Zuverlässigkeit
  • Modellierung des Leistungsverbrauchs auf Komponenten- und Systemebene
  • Evaluierung kritischer Materialien und Optimierung der Ressourceneffizienz

Montage, Verkapselung und Systemintegration

Fortschrittliche Montage, Verkapselung und Systemintegration miniaturisierter MM-Wellen HF-Systeme unter Nutzung von Wafer- und Board-Level Technologien, wie z.B.

  • Fan-in und Fan-out Wafer-/Panel-Level Packaging
  • 3D-Stacking / Chipintegration
  • Einbettung in Silizium und Leiterplatten
  • Silizium- und Glas-Interposer
  • Photonische Boardintegration

Kontaktieren Sie uns, um gemeinsam Lösungen für die Herausforderungen von 5G und MM-Wellen HF-Systeme zu finden. Wir würden uns freuen, Sie als zukünftige Kooperationspartner begrüßen zu können.

Aktivitäten zu 6G

 

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