Transistor ersetzt die letzten Röhren RF Energy erobert die Consumer-Märkte

Dr. Klaus Werner, RFEA: »RF Energy hat das Potenzial, die Karten in vielen Industriebereichen neu zu mischen.«
Dr. Klaus Werner, RFEA: »RF Energy hat das Potenzial, die Karten in vielen Industriebereichen neu zu mischen, wir entdecken es gerade.«

Der Transistor hat fast jede Vakuumröhre ersetzt – außer dem Magnetron. Nun scheifen die Leistungstransistoren die letzte Bastion der alten Technik.

Die Marktforscher von SunTrust Robinson Humphrey sagen dem Markt für RF-Power-Verstärker bis 2020 ein Wachstum auf 2,7 Mrd. Dollar voraus. Damit würde sich dieser Markt mehr als verdoppeln. Der Grund dafür: Die Leistungstransistoren stoßen jetzt in einen Bereich vor, in denen sie sich ganz neue Anwendungen erschließen werden. Anbieter von HF-Leistungsverstärkern wie Ampleon, Macom, NXP (Freescale) und Infineon wollen damit in Consumer-Produkte wie Mikrowellenöfen vordringen, die hohe Stückzahlen versprechen.

Mit der RF Energy Alliance (RFEA) hat sich bereits ein Industrie-Konsortium gegründet, das sich zum Ziel gesetzt hat, ein Ökosystem rund um die neue Technik zu schaffen. Gegründet haben die RF Energy Alliance der Hausgerätehersteller E.G.O. Elektro-Gerätebau, Huber & Suhner, ITW, NXP Semiconductors (die damalige NXP business unit ist jetzt Ampleon), Rogers Corporation und Whirlpool im vierten Quartal 2014. Inzwischen sind Firmen wie Panasonic, Miele, Cellencor, RJR, Anaren, Win Semiconductors und Passive Plus sowie die Universitäten Worcester Polytechnic Institute und Cardiff hinzugekommen.

Die Mitglieder sind überzeugt davon, dass sich mit der neuen Technik vollständig neue Designs und Anwendungen realisieren lassen – und das bei einer verbesserten Leistung für die Endnutzer und mit letztlich auch besserer Energieeffizienz.

Dr. Klaus Werner, Executive Director der RFEA, sieht die Technik kurz vor dem Durchbruch. »Wir wollen uns dabei nicht auf eine einzige Anwendung konzentrieren wie dies etwa bei USB oder im drahtlosen Laden der Fall ist«, so Werner. »RF Energy hat das Potenzial, die Karten in vielen Industriebereichen neu zu mischen.«
Ein Beispiel dafür war kürzlich auf dem International Microwave Symposium (IMS) in San Francisco zu sehen: Ampleon und Midea, ein chinesischer Hersteller von Haushaltsgeräten, haben einen HF-Leistungsverstärker entwickelt, der jetzt im ersten Serienprodukt von Midea eingebaut wird. Hier handelt es sich um einen kleinen 200-W-Ofen, der in kleinen Küchen und mobil eingesetzt werden kann. Deshalb lässt er sich ans Wechselstromnetz anschließen, arbeitet aber auch mit 24-V-Gleichstrom-Versorgung.  

Der große Vorteil der Mikrowellenöfen auf Basis von Leistungshalbleitern: eine gleichmäßigere Erwärmung, weil Ausgangsleistung, Frequenz und Phase und damit das elektromagnetische Feld innerhalb des Garraumes gesteuert werden können. »Das wäre mit einem Magnetron unmöglich«, sagt Pinglu Chen, Verkaufsleiter für Asien und Leiter für China von Ampleon. Er vergleicht den kommenden Ersatz der Magnetrone durch HF-Leistungshalbleiter mit dem Wechsel von der analogen zur digitalen Fernsehübertragung. Und es gibt noch weitere Vorteile: die alten Röhren sind groß und benötigen Spannungen von mehreren kV. Dagegen kommen Leistungsverstärker auf Basis von Halbleitern mit einer viel niedrigeren Versorgungsspannung aus, sie lassen sich flexibel ins Systemdesign einbinden, die Zuverlässigkeit und Lebensdauer steigen.

Macom hat kürzlich einen 300-W-Transistor auf Basis von GaN auf Si vorgestellt, der im Frequenzbereich 2.4 – 2.5 GHz arbeitet und eine Effizienz von 70 Prozent erreicht. Er zielt genau auf das Erwärmungs-Marktsegment ab und ermöglicht den Aufbau von sehr kleinen und leistungsfähigen Verstärkern.
Ebenfalls klein ist das 2-stufige 200-W-Verstärker-Referenzdesign von Ampleon für das 2.45G-Hz-ISM Band, das eine Fläche von nur 40 x 80 mm² einnimmt. Es ist  ein weiteres Beispiel für den Fortschritt, der momentan auf dem Wege zum flexibel einsetzbaren Konsumentenverstärker gemacht wird.

Weitere Beispiele für Anwendungen der RF-Energy-Leistungstransistoren im RF-Energy Bereich sind Beleuchtungen (Plasma-Lampen), Zündsysteme in Autos, industrielle Erwärmungssysteme und Medizintechnik.