Einheiten
Impedanz
HF-Messtechnik
HF-Bauteile
Test von Dummy-Loads
(Abschlusswiderständen)
China-Gadgets
Evaluation Boards aus China
HF-Projekte
Einleitung
Sobald man anfängt, Frequenzen in Giga-Herz anzugeben, befinden
sich viele Bastler außerhalb ihres Wohlfühlbereichs. Signale so
hoher Frequenzen scheinen sich zu eigentümlich zu verhalten, und
das trifft auch für die eigentlich wohlbekannten Bauteile zu. Das
über die Jahre erworbene Wissen lässt sich im GHz-Bereich nicht
mehr einfach anwenden.
Aber heute umgeben uns Geräte, die in diesem Frequenzbereich
arbeiten überall. Deshalb kann es nicht schaden, sich mit den
Besonderheiten der Hochfrequenztechnik vertraut zu machen. Ich
versuche - wie immer - nur eine Minimum an Vorwissen
vorauszusetzen, und Mathematik soweit zu reduzieren, wie ich es
gerade noch vertreten kann. Wer mit der Materie vertraut ist, mag
sich verwundert den Kopf kratzen, aber Neueinsteigern hilft dieser
Ansatz.
Ich interessiere mich vor allem für den Bereich bis 3 GHz und
teilweise bis 6 GHz. Bei 3 GHz beträgt die Wellenlänge im Vakuum
10cm - also einen Dezimeter. Deshalb werden Frequenzen unterhalb
von 3 GHz (bis hinab zu 300 MHz) als Dezimeterwellen bezeichnet.
Von 3 ... 30 GHz sind dann die Zentimeterwellen.
Als Funkwellen sind diese Frequenzen für uns ganz schön wichtig.
Hier liegen z.B. die Handynetzte, WLAN und Übersichtsradare. Aber
auch wenn diese Signale sich gerade nicht durch die Luft (oder das
All) bewegen, verhalten sie sich hoch interessant. Ständig wollen
sie sich aus dem Staub machen, weshalb wir sie in Koaxialkabel und
Hohlleiter einsperren. Wenn ihnen ein Kabel nicht gefällt, dann
machen sie kehrt und laufen zurück. Treffen sie zusammen, dann
können sie sich verstärken, auslöschen oder neue Frequenzen
erzeugen. Was wir für einen Widerstand oder einen Kondensator oder
eine Spule halten ist für sie Widerstand und Kondensator und Spule
gleichzeitig.
Anfangs erzeugte man solche Signale mithilfe von
Hochspannungsfunkenüberschlägen (daher Funkgerät). Als Halbleiter
die Röhren fast überall verdrängt hatten, waren Hochfrequenzen,
vor allem wenn man Leistung haben wollte, immer noch eine Domäne
der Vakuumröhren. Aber oft waren das keine Standardröhren, sondern
Sonderbauformen wie Scheibentrioden, Wanderfeldröhren oder
Klystrons.
Wohin man auch schaut, HF-Technik ist immer faszinierend, weil
sie einfach anders ist, als normale Elektrik oder Elektronik.
Die Amateurfunker haben sich schon immer mit Radiowellen
beschäftigt, aber lange Zeit nur bis zu einigen hundert Megaherz.
In letzter Zeit sind aber auch Gigaherz für den Hobbyisten ein
interessantes Steckenpferd - und nicht nur für besagte
Amateurfunker. Denn solange man keine Sender und Sendeantennen
verwendet um Radiowellen abzustrahlen, braucht man auch keine
Funklizenz.
Signalgeschwindigkeit
Solche Signale im Vakuum (als elektromagnetische Welle) aber auch
entlang eines Kupferdrahtes, der von Vakuum umgeben ist, bewegen
sich mit der Vakuumlichtgeschwindigkeit von knapp 300000 km/s. Das
sind 30 cm pro Nanosekunde. Der Strom fließt (also oszillierender
Wechselstrom) dabei durch den Draht, aber um den Draht herum
laufen dabei Magnetfelder, und entlang des Drahtes elektrische
Felder. Diese durchdringen also die Umgebung des eigentlichen
Leiters, und reagieren mit den dort vorhandenen Materialien.
Dadurch kann die gesamte Fortbewegung der Welle durch den
Draht verlangsamt werden. Die Stärke der Verlangsamung hängt dabei
davon ab, wie stark das umgebende Material wechselwirkt. Dafür hat
man dann eine nette Bezeichnung gefunden, die relative
Permittivität (εr). Die Permittivität (ε) gibt an, wie gut ein Material für
elektrische Felder durchlässig ist. Die relative Permittivität
gibt nun an, wie gut das Material im Vergleich zum Vakuum für
elektrische Felder durchlässig ist.
Da in der Praxis weder in Kabeln noch in Hohlleitern noch um
Leiterplatten Vakuum herrscht, wird die relative Permittivität der
verwendeten Materialien dazu führen, dass die Laufgeschwindigkeit
von Wellen in Leitern viel langsamer als im Vakuum ist. Man
berechnet sie durch:
Typische Werte für die relative Permittivität liegen bei
Isolationen aus PE oder Teflon "bremsen" die Signale also auf etwa 200000km/s ab, in Leiterplatten läuft das Signal noch mit ca. 150000 km/s.
Den Zungenbrecher "Permittivität" braucht man sich nicht zu
merken. In Datenblättern findet man immer das Symbol εr. (Epsilon-r)
Autor: sprut
erstellt: 16.02.2019