Technologie

Energiesparsame Mobilfunk-Basisstationen

18.03.2022 - Edge-Cloud-Mobilfunksystem auf Grundlage AlScN-basierter Komponenten.

Im Rahmen des Projekts „EdgeLimit-Green ICT“ wollen das Fraunhofer-Institut für angewandte Festkörper­physik und das Fraunhofer-Institut für integrierte Schaltungen in Zusammenarbeit mit der Uni Freiburg und Industrie­partnern bis 2025 auf der Grundlage AlScN-basierter Komponenten und bedarfs­gerechter Steuerung ein energie­effi­zientes Edge-Cloud-Mobil­funk­system entwickeln und unter Praxis­bedingungen testen. Das BMBF fördert das Projekt im Rahmen der „Green ICT“-Initiative. „EdgeLimit-Green ICT“ startet nach erfolg­reichem Vorprojekt zur Evaluierung inno­vativer Halb­leiter­techno­logien und Anwendungs­ansätze beim Innovations­wettbewerb „Green ICT – Elektronik für energie­sparsame Informations- und Kommunikations­technik“ des BMBF im Sommer 2021 jetzt in die zweite Phase.

„Die neuartigen Leistungs­halb­leiter­komponenten, die das Fraunhofer-IAF entwickelt, versprechen im Zusammenspiel mit der vom Fraunhofer-IIS konzipierten intelligenten, KI-unter­stützten Vernetzung und Steuerung des Antennen­systems eine Halbierung der Energie­verluste bei der Übertragung im Milli­meter­wellen­bereich von 5G“, erläutert Rüdiger Quay, Projekt­koordinator und geschäfts­führender Instituts­leiter des Fraunhofer-IAF. Die Industrie­partner unterstützen das Vorhaben durch Kooperationen bei der Entwicklung neuartiger Hochfrequenz-Transistoren, der Schaltkreis-Prozessierung sowie der praxis­orientierten Bewertung und Übertragung von Test­ergebnissen.

Das hohe Energie­spar­potenzial des zu entwickelnden Antennen­systems fußt zum einen auf den überlegenen Material­eigen­schaften des Leistungs­halbleiters AlScN, der am Fraunhofer-IAF per metall­organischer chemischer Gasphasen­abscheidung hergestellt und in Transistoren mit hoher Elektronen­beweglichkeit verbaut werden soll. Das Material erlaubt durch seine hohe Strom­trag­fähigkeit gegenüber etablierten Halbleitern wie Silizium, Gallium­arsenid oder Gallium­nitrid potenziell eine deutlich höhere Leistungs­dichte und Verstärkung. Zum andern resultiert das Einspar­potenzial aus einem effizienten Aufbau der Elektronik.

Insgesamt sollen die Energie­verluste des zu reali­sie­renden Antennen­systems durch die Kombination energie­effizienter Bauelemente und optimierter Organisation um mindestens fünfzig Prozent sinken, indem die Leistungs­effizienz auf Verstärker­ebene bei neuen Frequenzen zwischen 26 und 34 GHz verdoppelt, der Verlust in Leistungs­wandlern halbiert und eine bedarfs­gerechte Steuerung des Systems implementiert wird.

Fh.-IAF / RK

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