Package-integrierte Resonatoren mit hoher Güte

Heutige Trends zur Miniaturisierung und die Nachfrage nach höherer Auflösung veranlassen Radartechnologien dazu W-Band-Frequenzen, d.h. 75-110 GHz, zu erforschen und zu nutzen, um die höhere verfügbare Bandbreite auszunutzen. Darüber hinaus bieten W-Band-Frequenzen aufgrund geringer atmosphärischer Verluste ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) als die bisher verwendeten Frequenzbänder bei etwa 24 GHz und 60 GHz. Daher konzentrieren sich die aktuellen Forschungsaktivitäten auf die Entwicklung von Komponenten für neuartige Radarsysteme, die im W-Band arbeiten.

Ein wesentlicher Bestandteil von Radarsystemen ist die Frequenzsynthese mit geringem Phasenrauschen, wofür spannungsgesteuerte Oszillatoren (VCOs) benötigt werden. Ein VCO kann auf Chipebene in Kombination mit einem packageintegrierten Resonator implementiert werden. Aufgrund der vorteilhaften Eigenschaften des Packagingmaterials kann eine hohe Güte erreicht werden, die im Gegensatz zu Resonatoren auf dem Chip ein besseres Phasenrauschverhalten bietet. Um die unzureichende Verstärkung aktiver Bauelemente bei hohen Frequenzen zu überwinden, kann die Frequenzsynthese bei niedrigeren Frequenzen erfolgen. Das Ausgangssignal wird in diesem Fall durch Frequenzmultiplikatoren auf den eigentlichen Träger übertragen. Der 77-GHz-Träger kann bei etwa 13 GHz, erzeugt werden, gefolgt von einer x8-Frequenzmultiplikation. Dadurch werden die Anforderungen an das VCO-Design kostengünstiger und flexibler, und der externe Resonator ist robuster gegenüber Fertigungstoleranzen und bietet einen größeren Abstimmbereich.

Am Fraunhofer IZM wurde ein planarer Spiralresonator entwickelt, der bei 13 GHz arbeitet. Der Resonator wurde mit Hilfe der Fan-Out-Wafer-Level-Packaging-Technologie (FoWLP) hergestellt. Labormessungen zeigten eine sehr gute Korrelation mit Vollwellensimulationen.