Hochfrequenztechnik
Aufgaben des Labors:
Von Minisatelliten, Tsunami Wellen und exakt eingehaltenen Frequenzbereichen
Das Labor für Hochfrequenztechnik ist ein Grundpfeiler in der praktischen Ausbildung von Studierenden. In Praktika oder Arbeiten können sie sich hier mit der exakten Vermessung von Schaltungen und Funksystemen aller Art vertraut machen, vom Minisatellit bis zur netzwerkfähigen Waschmaschine. Auch die Analyse von Radarsignalen gehört zum Repertoire.
Solche Messungen sind unverzichtbar für die störungsfreie Kommunikation in vollen Netzen. In erdnahen Satellitenumlaufbahnen (LEOs) oder im Smart Home müssen alle teilnehmenden Geräte sehr strengen Spielregeln folgen, damit sie sich nicht gegenseitig stören. Daher spielt die exakte Vermessung und ein sauberes Design der Hochfrequenzkomponenten eine entscheidende Rolle.
Studierende können dabei erste Schritte beim Design von Hochfrequenzschaltungen machen und Grundkompetenzen im Umgang mit Systemen mit sehr hohen Datenraten entwickeln. In den theoretischen und praktischen Grundlagen beschäftigen wir uns mit zwei Urformen von Signalen: der stark lokalisierten Stufenanregung (einem Tsunami sehr ähnlich) oder einer sogenannten harmonischen unendlich ausgedehnten Welle mit exakt definierter Frequenz.
Wir können im Labor hochfrequente Signale bis 110 GHz erzeugen, analysieren und wandeln. Die erworbenen Kompetenzen finden Anwendung bei Funksystemen von RFID Tags über Mobilfunk Geräte bis zu Radarsystemen im Höchstfrequenzbereich, wie sie bei selbstfahrenden Autos zum Einsatz kommen. Auch die leitungsgebundenen, enorm hohen Datenraten hoch getakteter Computer Boards oder neuartiger Bus Systeme in Automobilen können wir genau unter die Lupe nehmen.
In der Forschung entwickelt das Labor für Hochfrequenztechnik Systeme und vermisst sie, auch für Industriekunden. Dabei unterstützt das Labor für Hochfrequenztechnik das Schwesterlabor, die Compensated Compact Range, die zugleich Herzstück des Labors für Nachrichtensatellitentechnik [Link zum Labor für Nachrichtensatellitentechnik] ist.
Ausstattung des Labors
Wellen messen, Wellen anregen
Für Praktika und Lehre stehen im Labor für Hochfrequenztechnik vier Standardmessplätze zur Verfügung. Damit lassen sich beliebige elektrische Netzwerke, etwa Antennen oder Leitungen unterschiedlichster Art, Filter und Verstärker bis hin zu Bussystemen messen. Die genaue Kenntnis dieser Netzwerkeigenschaften ist unter anderem notwendig, um das Auftreten von Bitfehlern zu reduzieren.
Zur Betrachtung der Systeme im Zeitbereich stehen vier Zeitbereichsreflektometrie-Messplätze zu mit einer Auflösung von ca. 1 ns zur Verfügung.
Um nichtlineare Eigenschaften von Schaltungen exakt zu verstehen, stehen acht Signalgeneratoren mit einer Grenzfrequenz von bis zu 40 GHz sowie vier Spektrumsanalysatoren für Frequenzbereiche bis zu 46 GHz zur Verfügung.
Erfahrungen sammeln können Studierende und Praktikanten auch mit modernsten CAD Systemen, die für die Entwicklung von Schaltungen, Antennen und Messtechnik eingesetzt werden. Dabei kommen auch genetische Optimierer, lernende Systeme (also eine Form der KI) zum Einsatz.
Projekte
Vom großen Airbus bis zum kleinen Start-up Unternehmen
Im Labor für Hochfrequenztechnik werden laufend spannende Projekte verfolgt, zusammen mit Unternehmen oder anderen Forschungseinrichtungen. Zu den Highlights gehört etwa der Bau des schnellsten Schalters der Welt (Airbus). Damit können hochfrequente Funksignale in exakt definierte und sehr kurze Wellenzüge „zerhackt“ werden.
Außerdem werden Antennen für verschiedene Einsatzgebiete entwickelt. Eine vom Labor entwickelte Telemetrie-Antenne wurde etwa für die Internationale Raumstation ISS entworfen (Kayser-Threde).
In einem Projekt mit einem bayerischen Start-Up Unternehmen wurden so genannten Nadir-Antennen entworfen und gefertigt. Solche Antennen erlauben es, Daten von Low Earth Orbit (LEO) Satelliten an deren Gateways am Boden zu übergeben. Da die Überflugszeit über eine solche Bodenstation nur acht Minuten beträgt, sind auch hier sehr hohe Datenraten erforderlich.
Weitere Messverfahren und Designs wurden für die Unterdrückung von Oberwellen, gemeinsam mit einem Telekommunikationsausrüster vorangetrieben. Ohne diese Unterdrückung würden mobile Geräte zu viele Interferenzen erzeugen, was z.B. die die Kapazität des Mobilfunknetzes dramatisch verringern würde (Qualcomm).
Manche Projekte haben aber auch mehr „Bodenhaftung“, wie ein Verfahren zur Pegelstandsmessung von Flüssigkeiten in Chemieanlagen. Auch dazu können Mikrowellen genutzt werden genauso wie zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts von Wäsche in einem Trockner, indem Resonanzbandbreiten bestimmt werden.
Studierende können im Rahmen ihrer Praktika, in Bachelor-, Master- oder Doktorarbeiten an solchen und selbst gesetzten Projekten forschen und arbeiten.
Kontakt:
Das Labor befindet sich im E-Gebäude in der Dachauer Str. 98b, Raum E0108.
Für alle Ideen und Nachfragen, nehmen Sie bitte jederzeit Kontakt über den Laborleiter, Professor Dr.-Ing. Georg Strauß (Georg Strauß ) auf.