Hochfrequenztechnik - Grundlagen

Methoden und Techniken für schnelle elektronische Signalverarbeitung
Die klassischen Themen der Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik gewinnen zunehmend an Bedeutung in vielen Gebieten der Elektrotechnik und Elektronik. Dies trifft unter anderem auf die Entwicklung schneller Digitalschaltungen oder Mixed-Signal-Baugruppen, auf die Verwendung von „off the shelf“-Funkmodulen in unterschiedlichsten Baugruppen, auf die Auslegung von Bussystemen oder auf den Bereich schnell getakteter Schaltungen der Leistungselektronik zu.
Das Seminar führt in die Grundlagen der Hochfrequenztechnik ein und zeigt anhand praxisnaher Beispiele wichtige Anwendungsfelder für die Methoden der Hochfrequenztechnik in den unterschiedlichsten Bereichen der Elektrotechnik auf. Aufbauend auf der Leitungstheorie werden zunächst die Wellenausbreitung und Reflexionsphänomene behandelt. Die Themenfelder Signalintegrität, Power Integrity, Hochfrequenzverhalten konzentrierter Bauelemente, Elektromagnetische Verträglichkeit und Impedanzanpassung vermitteln den Bezug zu einer Vielzahl von Anwendungsfeldern. Die Erfassung von Effekten der Hochfrequenztechnik erfordert spezielle messtechnische Methoden, deren Grundlagen ausführlich behandelt werden. Praktische Übungen zur Wellenausbreitung auf Leitungen sowie zu den beiden zentralen Methoden der Hochfrequenzmesstechnik, der Spektrum- und der Netzwerkanalyse, dienen der Veranschaulichung und Vertiefung der theoretischen Inhalte.

Das Seminar richtet sich an Ingenieure aus Fachgebieten der Elektrotechnik, die keine klassischen Anwendungsfelder der Hochfrequenztechnik sind, in denen aber in zunehmendem Maße Effekte der Hochfrequenztechnik eine Rolle spielen, d.h. zum Beispiel an Entwickler schneller Digitalschaltungen und Bussysteme, an Entwickler im Bereich der Leistungselektronik oder allgemein an Entwickler komplexer Baugruppen mit vielfältigen Kommunikationsschnittstellen. Die Teilnehmerzahl ist begrenzt.

Mittwoch, 20. September 2023
9.00 bis 12.15 und 13.45 bis 17.00 Uhr

Theoretische Grundlagen und Anwendungsfelder der Hochfrequenztechnik

1. Phänomenologie des Verhaltens elektronischer Schaltungen bei hohen Frequenzen
– Wellenausbreitung auf Leitungen, Hochfrequenzverhalten konzentrierter Bauelemente, Impedanzanpassung

2. Leitungstheorie und die Grundlagen der Hochfrequenztechnik 
– Leitungsgleichungen, Reflexionsfaktor, Impedanz-Transformation durch Leitungen, elektromagnetische Felder und Antennen, Smith-Diagramm

3. Wellenausbreitung auf Leitungen
– Beschreibung von Einschwingvorgängen mittels des sogenannten Wellenfahrplans

4. Signalintegrität und Beispiele für die Simulation von Schaltungen bei hohen Frequenzen
– HF-Schaltungssimulation, Ringing und andere Einschwingvorgänge aufgrund von Leitungsreflexionen in schnellen Digitalschaltungen und Bussystemen, Antennensimulation

5. Praktische Übung: Impulsausbreitung auf Leitungen
– messtechnische Erfassung von Leitungsreflexionen, Zeitbereichsmesstechnik bei hohen Frequenzen

6. Hochfrequenzverhalten konzentrierter Bauelemente
– Hochfrequenz-Ersatzschaltbilder von Widerständen, Kondensatoren und Spulen sowie ihre Bedeutung für die Schaltungstechnik, z.B. für die Auslegung von Filtern

7. Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) – Verkopplung elektronischer Schaltungen bei hohen Frequenzen
– Koppelmechanismen, Power Integrity, Störaussendung getakteter Spannungsregler

Donnerstag, 21. September 2023
9.00 bis 12.15 und 13.45 bis 17.00 Uhr

Hochfrequenzmesstechnik und praktische Übungen

8. Spektrumanalyse – Grundlagen der Hochfrequenzmesstechnik im Frequenzbereich

9. Praktische Übung: Messung einfacher Signale im Frequenzbereich

10. Vektorielle Netzwerkanalyse – Beschreibung von Mehrtoren durch Wellengrößen und Streuparameter
– theoretische Grundlagen der Schaltungsbeschreibung durch S-Parameter, Aufbau von Netzwerkanalysatoren, Anwendungsbeispiel: Matching Networks – verlustarme Impedanzanpassung durch reaktive Bauelemente

11. Praktische Übung: Vermessung eines EMV-Netzfilters mit den Methoden der Netzwerkanalyse

12. Weiterführende Methoden der Hochfrequenzmesstechnik
– Impedanzanalyse, Zeitbereichsreflektometrie (TDR), Antennenmesstechnik