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RF-Energy und GaN-on-Si

Wie MACOM Öfen und die Medizin revolutionieren will

28. Juli 2017, 10:58 Uhr | Heinz Arnold

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Vorteile der neuen Solid-State-RF-Energy-Quellen

Was für Consumer-Anwendungen wie Mikrowellenöfen ein Ausschlusskriterium wäre?

MACOM setzt auf GaN-on-Si-Transistoren, und diese Technik erlaubt es, die Transistoren mit den geforderten Eigenschaften sehr viel kostengünstiger zu fertigen.

Wie hoch ist denn der tatsächliche Preis?

Die RF-Energy-Alliance hat ein Ziel von 5 Cents pro Watt gesetzt. MACOM hat kürzlich einen GaN-on-Si-Transistor vorgestellt, der 300 W und einem Wirkungsgrad von 70 Prozent erreicht. Er kostet 15 Dollar. Dieses Preis-Leistungs-Verhältnis schien bisher unerreichbar. Und der Transistor liefert eine hohe Verstärkung bei 900 MHz und 2,45 MHz, also in den unlizenzierten Frequenzbändern, auf die es in vielen Bereichen ankommt.

Welche Vorgaben macht die RF-Energy-Alliance für den Wirkungsgrad?

Sie empfiehlt einen Wirkungsgrad des Gesamtsystems von 60 Prozent, gemessen vom Power-Ausgang bis zum Gargut. In Fachkreisen herrscht weitgehend Einigkeit, dass dieses Ziel nur unter Einsatz der GaN-Technik zu erreichen ist. Voraussichtlich wird China den Vorschlag als Standard übernehmen, und das wäre ein deutliches Zeichen: Nicht weniger als 80% der weltweit produzierten Mikrowellenöfen kommen aus China!

Wie groß ist denn der Markt für Mikrowellenöfen?

Derzeit werden weltweit über 70 Millionen Mikrowellenöfen pro Jahr gefertigt. Dazu gehören aber nicht nur die kostengünstigen Öfen für Privathaushalte, sondern auch Geräte für professionelle Küchen, für die die Anwender durchaus 25.000 Dollar hinlegen müssen. Da fallen dann ein paar Dollar mehr, die die RF-Energy-Quellen gegenüber den Magnetronen zu Anfang kosten mögen, gar nicht ins Gewicht. Was dagegen gerade im professionellen Markt stark ins Gewicht fällt, sind ihre Vorteile: Die lange Lebensdauer macht sich in einer Großküche, in der die Öfen rund um die Uhr sieben Tage die Woche laufen, sehr schnell bemerkbar, zumal die Leistungsfähigkeit der Magnetrone schon vor Ablauf ihrer Lebenszeit absinkt. Oft tauschen Service-Techniker die Magnetrone im Wochenrhythmus aus. Hier können RF-Energy-Quellen signifikant Kosten sparen.

Was bringen die neuen Solid-State-RF-Energy-Quellen konkret an Vorteilen?

Wird die Phase zwischen verschiedenen Antennen variiert, so lässt sich die Verteilung des Feldes im Ofen einstellen. Mit der entsprechenden Intelligenz versehen, sind sehr gleichmäßige Kochergebnisse das Resultat. Werden Phase und Frequenz verändert, lässt sich der Wirkungsgrad der abgegebenen Energie sehr genau einstellen. Sogar für kleine Lasten können wir einen Wirkungsgrad von über 90% erreichen. Wie gesagt, insgesamt liegt der Wirkungsgrad unserer GaN-on-Si-Transistoren um 10% über dem von LDMOS.

Der Wirkungsgrad von SiC ist doch ebenfalls sehr hoch?

Dafür liegen die Fertigungskosten unserer GAN-on-Si-Technik deutlich unter denen von SiC. Das wird sich auch in Zukunft nicht deutlich ändern.

Wie lässt sich die Leistung steuern?

Die Leistung der heutigen Öfen lässt sich praktisch nicht steuern, es entstehen Hot-Spots, teilweise wird stärker erhitzt als erforderlich. In RF-Energy-Quellen dagegen lassen sich Frequenz, Amplitude, Phase, Pulsweite und Modulation sehr genau einstellen. Sind der HF-Power-Verstärker und der HF-Synthesizer in einem Regelkreis angeordnet, lässt sich die abgestrahlte und die reflektierte Leistung auf den jeweiligen Einsatzfall kontinuierlich optimieren. Drei oder vier Transistoren und die entsprechenden Antennen lenken die erforderliche Energie direkt dorthin, wo sie gebraucht wird, die Reflektionen und Absorptionen lassen sich exakt messen. Über die Regelschleife weiß der Ofen genau, in welchem Zustand sich die Speisen gerade befinden.

Das Kochen geschieht von selbst?

Die jeweiligen Feinheiten der Rezepte lassen sich immer wieder reproduzieren. Man braucht nichts mehr im Gefühl zu haben. Das Frühstücksei gelingt genau so, wie man es gerne hat. Ohne viele Parameter per Hand einstellen zu müssen, lässt sich das Ergebnis des Kochens also sehr viel besser als bisher vorhersagen, und die Schnittstelle zum Ofen wird sehr viel bedienfreundlicher.