Hochfrequenztechnik

Die Hochfrequenztechnik (auch HF-Technik) befasst sich mit der Elektrotechnik bei hohen Frequenzen. Sie ist unter anderem ein Teilgebiet der

Früher unterschied man die HF-Technik von der NF-Technik (Niederfrequenztechnik). In der Radiotechnik war der HF-Teil die Antenne, der Antennenverstärker usw. Er umfasste alle Frequenzen oberhalb der Hörgrenze. Der Audioteil bis ca. 10-20 kHz gehörte zur Niederfrequenztechnik.

Heute kann man die Hochfrequenztechnik dadurch abgrenzen, dass hier die Bauteil- und Baugruppengröße im Bereich der Wellenlängen der verwendeten Frequenzen ist. Bei niederen Frequenzen kann man Schaltungen mit diskreten Bauteilen wie Widerständen, Kondensatoren und Spulen, aber auch Transistoren und Röhren aufbauen. Jedes Bauteil kann dabei als eigenständiges elektrisches Element mit nahezu idealen Eigenschaften (elektrischer Widerstand, Kapazität, Induktivität) betrachtet werden.

ein Feldeffekttransistor (links) und sein HF-Ersatzschaltbild (rechts)

Bei höheren Frequenzen werden parasitäre (=zusätzliche) Eigenschaften immer wichtiger. Beim Einsatz von HF-Transistoren müssen z.B. Ersatzschaltbilder eingesetzt werden, die zusätzliche Widerstände, Kapazitäten oder Induktivitäten enthalten.

Bei noch höheren Frequenzen unterscheiden sich die Baugruppen, da hier die elektromagnetischen Wellen mit entsprechend kurzen Wellenlängen für das Verhalten wichtig sind. Es existieren neue Bauteile wie Antennen, Hohlleiter, Wanderfeldröhren.

Für die Abgrenzung kann heute keine Frequenz mehr angegeben werden. Sie hängt auch von der Größe des jeweiligen Anwendungsfalls ab. Im Extremfall gehören Stromversorgungsleitungen mit 50 bzw. 60 Hz bereits zur HF-Technik, wenn weite Strecken überbrückt werden. Hierzu gehören die Überlandleitungen in Kanada. Auf elektronischen Leiterkarten beginnt der Hochfrequenzbereich bei etwa 100 MHz, die bei digitalen Signalen ab etwa 10 MBit/s vorkommen. Innerhalb von Mikrochips gehören einige 100 MHz über sehr kurze Strecken noch zum Niederfrequenzbereich.

	Niedrige Frequenzen	HF-Technik, mittlere Frequenzen	HF-Technik, hohe Frequenzen
Bauteile	Diskrete Bauteile (Widerstände, Transistoren)	Diskrete Bauteile, speziell für HF-Technik (z.B. HF-Transistoren)	Spezielle Bauteile (Antennen, Wanderfeldröhren)
Leiterkarten	Beliebige Leiterbahnführung	Spezielle Leiterbahnführung, Abschlusswiderstände	keine
Theorie	RLC-Netzwerke, Schaltungstechnik	Diskrete Bauteile mit Ersatzschaltbild in RLC-Netzwerken, speziell geformte Leiterbahnen mit Ersatzschaltbild	Maxwellsche Gleichungen
Frequenzen und Wellenlänge	niedrige Frequenz, sehr große Wellenlänge	Wellenlänge im Bereich der Bauteilgröße (bis etwa zum Zehnfachen der Größe)	Wellenlänge kleiner als Bauteilgröße
Beispiele	Audioverstärker, RS-232 Datenübertragung	Antennenverstärker, Netzwerkkarte	Antenne, Ethernetkabel

Beispiel: Hauptplatine von Computern

Elektromagnetische Wellen im Vakuum pflanzen sich mit Lichtgeschwindigkeit fort, also mit etwa 300.000 km/s. Auf elektronischen Leiterkarten ist ihre Geschwindigkeit etwas kleiner, nur etwa die Hälfte bis 2/3 dieser Geschwindigkeit.

Die ersten PCs eines großen Herstellers liefen mit ca. 5 MHz. Zur sauberen Signalübertragung müssen etwa 10fach höhere Frequenzen auf der Platine übertragen werden, also ca. 50 MHz. Die Wellenlänge einer elektromagnetischen Welle mit dieser Frequenz und 200.000 km/s beträgt über vier Meter. Da die Hauptplatine viel kleiner ist, können die Leiterbahnen beliebig ausgeführt werden, gegebenenfalls auch krumm und mit unterschiedlicher Länge. Sie können als normale Drähte aufgefasst werden.

Neuere PCs arbeiten auf der Platine mit 133 MHz oder sogar 266 MHz, die Wellenlängen der verwendeten Signale liegen hier im Bereich von etwa 1m. Da die Leiterbahnen ebenfalls in dieser Grössenordnung liegen, müssen sie hier als HF-Bauteile aufgefasst werden. Ihre Leitungsführung und -länge ist daher für die Funktion sehr wichtig. Außerdem muss ihr Wellenwiderstand (Impedanz) berücksichtigt werden. Um Reflexionen zu vermeiden, muss am Leitungsende ein Abschlusswiderstand vorhanden sein.

Siehe auch: Leitungstheorie