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Abstrakt in Englisch

In this thesis, the systematic design of integrated power amplifiers and modulator circuits for frequencies around 60 GHz and 180 GHz is shown. First, the main attention is focused on modelling and simulation of line and metal structures needed in general in all presented designs. Several settings of one specific EM-simulation-program are investigated as well as programs of different vendors are compared to each other. To be able to compare these simulation results with corresponding measurement results, two deembedding-methods are investigated and applied on measurement data of fabricated test structures. All presented power amplifiers are based on the cascode stage which is investigated with respect to its linearity using three different methods. As a result, the optimal output load at maximum 1 dB-compression-point is found. Implementation of multi-stage matching-networks based on the line models described above or transformers enable high 3 dB-bandwidth as well. Several PCB-transmitter-moduls based on quadrature-phase-shift-keying are designed and setup using the power amplifiers out of this thesis and already existing circuits. Individual aspects, e.g. the IC-PCB interface, are presented in more detail supported by dedicated mesurement results and modells. The presented integrated modulator circuits can be used in an on-off-keying system. This was chosen as an alternative approach to the previously presented system. The first modulator is based on the principle of switched oscillators to further reduce the system complexity, while the second is using a gilbert cell with compensation structure.

Abstrakt in Deutsch

In dieser Arbeit wird der systematische Entwurf von integrierten Leistungsverstärkern und Modulatorschaltungen für Frequenzen um 60 GHz und 180 GHz aufgezeigt. Hauptaugenmerk liegt zunächst auf der Modellierung und Simulation der nötigen Leitungs- und Metallverbindungsstrukturen. Dabei werden unterschiedliche Simulatoreinstellungen eines einzelnen EM-Simulationsprogramms untersucht sowie mehrere Simulationsprogramme unterschiedlicher Hersteller verglichen. Für den Vergleich dieser Simulationsgebnisse mit den Messergebnissen von gefertigten Teststrukturen werden weiterhin zwei verschiedene Extraktionsverfahren (sog. Deembedding-Methoden) theoretisch untersucht, verglichen und auf die Messdaten angewendet. Die Kaskodeschaltung bildet die Grundlage aller vorgestellten Leistungsverstärker. Durch Anwendung von drei unterschiedlichen Methoden und deren Vergleich wird die Kaskodeschaltung in der jeweils genutzten Technologie untersucht. Daraus ergibt sich die optimale Lastimpedanz für einen maximalen 1 dB-Kompressionspunkt. Durch die Verwendung mehrstufiger Anpassnetzwerke basierend auf den zuvor erstellten Leitungsmodellen bzw. eines Transformators wird zusätzlich eine hohe 3 dB-Bandbreite erreicht. Unter Zuhilfenahme bereits vorhandener Komponenten und der vorgestellten Leistungsverstärker werden der Entwurf und die Inbetriebnahme von mehreren PCB-Sendermodulen für das Quadraturphasenmodulationsverfahren vorgestellt. Einzelne Aspekte dieses speziellen Entwurfs, wie die IC-PCB-Schnittstelle, werden mithilfe von Einzelmessungen und entsprechenden Modellierungen näher untersucht. Die vorgestellten integrierten Modulatorschaltungen sind als Alternative zum zuvor beschriebenen System für den Einsatz in einem System basierend auf dem Ein-Aus-Modulationsverfahren konzipiert. Zum einen wird das Prinzip des geschalteten Oszillators aufgegriffen, um die Systemkomplexität weiter zu verringern. Zum Anderen wird ein kompensierter Modulator auf Grundlage der Gilbertzelle vorgestellt.