Entwurf von hochfrequenz- und mikrowellentauglichen Schaltungen und Geräten

Grundlagen, Simulation, Messtechnik mit Übungen
In der Informations- und Kommunikationstechnik, aber auch in der Radartechnik sowie im Automotive-Bereich werden immer höhere Frequenzbereiche erschlossen. Planung und Realisierung von Schaltungen und Geräten, die im oberen MHz- und im GHz-Bereich effizient und zuverlässig arbeiten, verlangen Kenntnisse, die von konventionellen Regeln abweichen.
Die genaue Kenntnis der Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen auf Schaltungsträgern und die Hochfrequenzeigenschaften der verschiedenen Schaltungsträger sind für die Entwicklung von Hochfrequenzschaltungen unentbehrlich. Das Verhalten von passiven Bauelementen, zum Beispiel Widerständen, Kondensatoren, Spulen, usw., ist im Hochfrequenzbereich signifikant anders als bei konzentrierten Bauelementen im niedrigen Frequenzbereich. Die Teilnehmer*innen lernen, die parasitären Effekte der verschiedenen Hochfrequenz-Bauelemente zu erkennen und bei dem Schaltungsentwurf zu berücksichtigen. Für eine optimale und kostengünstige Entwicklung von Hochfrequenz- und Mikrowellenschaltungen ist der Einsatz von zuverlässigen Simulationswerkzeugen unerlässlich. Dafür werden jedoch zuverlässige Simulationsmodelle für die passiven und aktiven Komponenten benötigt. In dem Seminar werden die verschiedenen Methoden zur Modellierung aufgezeigt und für verschiedene Komponenten Simulationsmodelle aufgezeigt.
Das Seminar ist vom VDSI Verband Deutscher Sicherheitsingenieure e.V. als geeignet für die Weiterbildung von Sicherheitsfachkräften nach § 5 (3) ASiG eingestuft worden, und die Teilnehmer erhalten auf der qualifizierten Teilnahmebescheinigung 1 VDSI-Punkt Arbeitsschutz.
Dieses Seminar richtet sich an Ingenieure und Techniker, die hochfrequenztaugliche Schaltungen und Geräte entwickeln und bauen müssen, aber auch an alle, die solche Produkte in der Praxis anwenden und deren reibungslose Funktion überprüfen und sicherstellen müssen.

Montag, 16. Oktober 2023
8.45 bis 12.00 und 13.00 bis 16.45 Uhr

1. Einleitung (H. Katzier)
– Was bedeutet Hochfrequenztechnik?
– Hochfrequenz- versus High-Speed-Design
– aktuelle Anforderungen und Herausforderungen
– Frequenz und Wellenlänge
– aktuelle Anwendungen
– Trends

2. Signaltypen und Signalübertragung (H. Katzier)
– analoge und digitale Signale
– Signale im Zeit- und Frequenzbereich
– Signalspektren
– Streuparameter
– quasistatische Betrachtungen
– Bandbreite
– symmetrische und unsymmetrische Signalübertragung

3. Elektromagnetische Felder und Wellen (H. Katzier)
– Grundlagen Elektromagnetischer Felder
– Einteilung elektromagnetischer Felder
– Wellentypen
– quasistatische Felder
– Fern- und Nahfeld
– Grenzfrequenzen
– Skin-Effekt
– Eigenschaften von Isolationsmaterialien
– Eigenschaften von elektrischen und magnetischen Leitern
– Elektromagentische Verträglichkeit

4. Leitungen (H. Katzier)
– Grundlagen der Leitungstheorie
– Leitungsparameter
– homogene und querinhomogene Leitungen
– verkoppelte Leitungen
– Koppelfaktoren
– Feldwellen- und Leitungswellenwiderstand
– Wellenwiderstandsanpassung
– Leitungsdiskontinuitäten
– Intermodulationsprodukte
– Eigenschaften der relativen Dielektrizitätszahl
– Leitungen für Hochfrequenzschaltungen
–– Mikrostreifenleitungen
–– geschirmte Streifenleitungen
–– Koplanarleitungen
– Berechnung der Leitungswellenwiderstände
– passive Strukturbauelemente
–– Spulen, Kapazitäten, Widerstände usw.

Dienstag, 17. Oktober 2023
8.30 bis 11.45 und 13.00 bis 16.45 Uhr

5. Planare Schaltungsträger (H. Katzier)
– organische und keramische Schaltungsträger
– Herstellung von Leiterplatten aus organischen Materialien
– Herstellungsverfahren für keramische Schaltungsträger
– Anforderungen und Eigenschaften von Schaltungsträgern

6. Streifenleitungen (H. Katzier)
– Streifenleitungstypen für MHz und GHz-Schaltungen
– Übergänge von Streifenleitungen
– Streifenleitung als Bauelement
– Kenngrößen und Dimensionierung von Streifenleitungen
– Modellierung und Simulation von Streifenleitungen
– Impedanzen, Dämpfung, Einflüsse der Rauigkeiten

7. Schaltungsdimensionierung (H. Katzier)
– Verstärkung
– Neutralisation
– Leistungsanpassung
– Rauschanpassung
– Anpassungsschaltungen
– breitbandige Beschaltung

8. Simulationsmethoden und Modellierungen (H. Katzier)
– Simulationsmethoden
– Modellierungswerkzeuge und -verfahren
– Modellierung von passiven und aktiven Bauelementen
– Modellierung von parasitären Effekten

Mittwoch, 18. Oktober 2023
8.30 bis 11.45 und 12.30 bis 15.00 Uhr

9. Messungen im Frequenz- und Zeitbereich (H. Katzier)
– Messgrößen und Messverfahren
– Time Domain Reflectometry (TDR)
– Netzwerkanalyse
– Streuparameter und Signalintegrität
– Mixed-Mode-Streuparameter
– Messbeispiele und Messfehler

10. Einsatz von modernen vektoriellen Netzwerkanalysatoren (VNWA) bei HF-Schaltungsentwicklungen (D. Heckel)
– Messmöglichkeiten moderner mehrkanaliger VNWA
– Gruppenlaufzeitmessungen
– Messung des 1dB-Kompressionspunktes, der Linearität, des Klirrfaktors und der Intermodulationseffekte bei Verstärkern
– Messung der X- und Hot-S-Parameter bei Transistorverstärkern
– praktische Messdemonstrationen