Fujitsu ontwikkelt nieuwe transistor met 100W output en standby-killer

Fujitsu heeft een nieuw transistortype gepresenteerd. De component combineert drie veelgevraagde eigenschappen: een hoog uitgangsvermogen, een groot frequentiebereik en een laag verbruik tijdens standby.

Onderzoekers van het Japanse Fujitsu hebben een nieuw type vermogenstransistor ontwikkeld dat onder meer als versterker in draadloze communicatie-apparatuur ingezet kan worden. De transistor is in staat ruim 100W te leveren en zou in hoogfrequente millimeter- en microgolf-zenders gebruikt kunnen worden. Bovendien heeft de transistor geen negatieve spanning nodig om te worden uitgeschakeld. Bestaande, vergelijkbare transistors hebben een negatieve spanning op de gate nodig om de halfgeleider uit te schakelen.

Fujitsu claimt met zijn galliumnitride-transistor de eerste te zijn die erin geslaagd is een uitgangsvermogen van meer dan 100W te combineren met eenvoudige uitschakelbaarheid. De nieuwe hem-transistor zou door de innovatie zuiniger zijn, mede dankzij een eenvoudiger constructie van de beheerlogica.

De onderzoekers maakten de transistor geschikt voor hoge outputs door een laagje aluminiumnitride op de n-laag van het galliumnitride aan te brengen, waardoor de dichtheid van de elektronen daarin toeneemt. Door dit laagje AlN te verwijderen bij de gate-elektrode, neemt de elektronendichtheid daar lokaal sterk af, zodat er ook zonder negatieve spanning geen stroom kan lopen.

Door ten slotte een laagje GaN op het AlN aan te brengen, werd het oppervlak van de transistor gladder, waardoor de output kan stijgen en de halfgeleider betrouwbaarder werkt. De resulterende drie lagen zouden het zogenoemde breakdown-voltage, de spanning waarboven de transistor doorbrandt, verhogen tot boven de 300V. Door dergelijke hoge spanningen te gebruiken, kan de output van de transistors tot boven 100W stijgen.

De nieuwe transistors kunnen volgens Fujitsu het gebruik van millimeter- en microgolfbanden voor draadloze communicatie stimuleren. Momenteel wordt voor data-overdracht gebruikgemaakt van de lage gigahertz-band tot zo'n 5GHz, maar frequenties boven de 30GHz zouden onder meer betere directionaliteit bieden. De benodigde versterkers waren tot op heden echter niet zuinig genoeg om een brede inzet van dit hoge frequentiebereik te rechtvaardigen. Fujitsu verwacht daar met zijn vinding verandering in te brengen en hoopt de transistors tegen 2010 in draadloze communicatieapparatuur in te zetten.

Reacties (16)

[Timfonie]

100 Watt in het mm-gebied en dat voor draadloze communicatie-apparatuur, ik krijg hier een beetje ongezond gevoel bij, voor wat betreft de straling.

[T.Rijkers]

Ioniserend vermogen ligt veel te laag voor gevaarlijke straling. Ik maak me geen zorgen daarvoor. Het kan de temperatuur van iets verhogen maar that's it.

[High-Voltage2]

Als je dat vermogen loslaat op een schotel met een gain van 20dB zou ik er toch niet meer gaan voorstaan.
20dB geeft een versterking van 100x, dus 100W 100 keer versterkt geeft 10kW. Dat zijn dus 10 magnetrons bij elkaar, de effecten kan je zelf wel bedenken

Edit:
Als je dan weet dat er ook schotels zijn van 30dB en meer... 30dB geeft een versterking van ongeveer 1000 keer

[Reactie gewijzigd door High-Voltage2 op 8 augustus 2024 09:42]

[el-Raza]

Een antenne is een passief element en kan derhalve nooit meer vermogen aan een kant uitstralen dan wat je er zelf aan de andere kant in stopt. Als ik een antenne een signaalvermogen van 100 W geef, dan kan er dus nooit meer dan 100 W uit komen.

Wat jij bedoelt met versterking is de "versterking" t.o.v. een referentie antenne (vaak wordt daar een eenvoudige dipool voor genomen). Dat wil zeggen dat een antenne met 30 dB "versterking" in de hoofdrichting 1000 x zo veel signaalvermogen verstuurt dan de referentie antenne. Daar staat tegenover dat hij in andere richtingen veel minder vermogen kan versturen, want het totaal verstuurde vermogen (integraal over alle richtingen) is nog steeds even groot als van de referentie antenne.

[High-Voltage2]

Ik ben een gelicencieerd radio amateur, dus ik weet waar ik over spreek
Misschien heb ik mij een beetje verkeerd uitgedrukt door geen onderscheid te maken tussen vermogen en ERP (effective radiated power) vermogen. Je steekt er 100W in en hij het uitgestraalde vermogen (ten opzichte van een isotrope straler) is 10kW.

Maar hoe je het ook draait of keert, het ERP is belangrijk en niet hetgeen je erin steekt!! Het is namelijk het ERP vermogen dat je lichaam ondervindt bij het passeren van de "stralenbundel".

Betreffende je laatste twee zinnen: Dat heb ik in één van mn posts ook aangehaald, achter de schotel heb je zo goed als geen straling aangezien je anders tegen de wet van behoud van energie zou indruisen. Zie enkele posts hoger.

[locke960]

Volgens mij druk je je nog steeds wat ongelukkig uit.

El-Raza heeft gelijk, een antenne straalt nooit meer energie uit dan je er in stopt. Het enige wat je kunt beïnvloeden is de richting waarin de energie wordt uitgestraald.

ERP is niet een maat voor daadwerkelijk uitgestraald vermogen, het is een maat voor schijnbaar vermogen van een zender, gezien vanuit een ontvanger in de optimale richting van een richtantenne.
Een ontvanger kan het verschil niet zien tussen een 10kW zender, die dat vermogen over alle richtingen verdeelt met een rondstraal antenne, en een 100W zender met een 20db richtantenne die naar de ontvanger wijst. In beide gevallen ontvangt de ontvanger evenveel energie.

ERP betekent dus zoiets als "als ik geen 20db richtantenne had, maar alleen een rondstraler, dan had ik in plaats van een 100W zender een 10kW zender moeten hebben om dezelfde afstand te overbruggen waarbij 9,9kW de verkeerde kant opgestuurd zou worden."

Je lichaam ondervind dus niet het 'ERP vermogen'. Het betekent dat je lichaam, bij gelijke afstand, net zoveel energie te verwerken krijgt bij een 100W zender met 20db richtantenne gericht op het lichaam, als bij een 10KW zender die rondom straalt en dus het meeste vermogen andere kanten op stuurt.

Hoe goed je richtantenne ook is, het kan bij 100W zenden nooit meer dan 100W in je lichaam sturen. (Is ook al meer dan genoeg voor wat minder prettige effecten natuurlijk.)

[Reactie gewijzigd door locke960 op 8 augustus 2024 09:42]

[Pmf1971]

Wellicht is het beter om over J / m2 te praten ??

[Fiander]

En waar komt die gain dan vandaan ?
100 W blijft 100 W ook al word ie dan een beetje gericht door die schotel.

verder werkt een magnetron op het principe van resonantie. Door trillingen van ongeveer 2.4 GHz door eten te sturen, gaan de water moloculen meetrillen, hierdoor warmt je eten op. Deze transistor is bedoelt voor 30GHz, daar heb je echt geen magnetron effect meer hoor;... ( wel andere straling, )

[High-Voltage2]

Dat zijn de beginselen van HF technieken. Door je stralen te bundelen ipv isotroop uit te stralen win je aan uitgestraald vermogen (in die specifieke richting). 100W in in een schotel van 20dB geeft 10kW uit, welliswaar gericht. Achter de schotel heb je uiteraard geen straling anders zou je 200% indruisen tegen de wet van behoud van energie.
Je bundelt dus je energie als het ware.

Betreffende die magnetron: Water resoneert op 22GHz, 180GHz en 300GHz. Helmaal niet op 2.4GHz. Op 2.4GHz gaan de moleculen rustig meetrillen waardoor de inwendige energie stijgt en dus de temperatuur. Er speelt hier helemaal geen resonantie in mee, dat is een groot misverstand over de microgolfoven. 2.4GHz ligt in een industrie/commerciële band, dus als je magnetron ook wat lekt of rommel maakt, dan zal er niemand wakker van liggen. Daarbij zal die frequentie ook wel iets te maken hebben met het kunnen van in de tijd dat de magnetron ontwikkeld werd.


Edit:
Bekijk deze grafiek eens...

[Reactie gewijzigd door High-Voltage2 op 8 augustus 2024 09:42]

[0rbit]

De beginselen van de HF techniek; daar hoort dus nog bij dat je zodra je vermogen afstraalt niet meer over vermogen maar over vermogensdichtheid praat.

[Verwijderd]

100 W blijft 100 W inderdaad, maar als in je het pad van de straal gaat staan ontvang je evenveel vermogen als je zou doen bij een isotrope antenne en 10 kW vermogen (bij 20 dBi dus).

[Verwijderd]

een sateliet verhoogt het vermogen niet, enkel de intensiteit ;p

[Anthracite]

Ik vind dit een beetje een vreemd nieuwsbericht. De titel is ongelukkig gekozen, je kunt namelijk niet in een paar woorden uitleggen waarom deze transistor zo bijzonder is. Er zijn duizenden transistoren die 100 Watt kunnen leveren en in standby geen stroom trekken (WTF doet de term standby-killer hier?) Wat wel bijzonder is, is dat het ding dat doet in het GHz-gebied.

"Fujitsu ontwikkelt efficiënte hoogfrequent hoogvermogen transistor" lijkt me een betere omschrijving.

[Verwijderd]

Leuk dat die transistor zo'n goede performance biedt, maar echt kosteneffectief is ie niet. Allerlei speciale materialen en meerlaags maskers maken de productie nou niet echt goedkoop.

De standaard Si CMOS-RF transistoren beginnen steeds populairder te worden in de RF range en werken op steeds hogere frequenties. Cheap as dirt, en omdat ze zo goedkoop zijn, worden de wat slechtere performance figures op de koop genomen. De Gallium/Germanium/Indium/.. torren raken langzaam uit de gratie voor <10 GHz , maar hebben voor de ultra-high end van t spectrum (lees 60+ GHz) zeker nog nut.

[Pixeltje]

Draadloze communicatieapparatuur gebruikt geen 300 volt neem ik aan?

En dus geeft de transistor dan geen 100 watt af.

De resulterende drie lagen zouden het zogenoemde breakdown-voltage, de spanning waarboven de transistor doorbrandt, verhogen tot boven de 300V. Door dergelijke hoge spanningen te gebruiken, kan de output van de transistors tot boven 100W stijgen.

[Reactie gewijzigd door Pixeltje op 8 augustus 2024 09:42]

[High-Voltage2]

Je vergeet dat het hier om een resonantiekring gaat de spanningen dus worden opgeslingerd. Met een 12V ingangspsanning kun je dus ook 100W uitgangsvermogen krijgen (in bv 50 ohm).