Grundlagen der Hochfrequenztechnik

Immer dann, wenn elektrotechnische Systeme nicht mehr klein gegen die Wellenlänge sind, kann nicht mehr von der üblichen Näherung der Gleichzeitigkeit der Netzwerk- oder Feldgrößen im System ausgegangen werden, sondern es müssen Wellenausbreitungseffekte beachtet werden. Klassisch nutzt man die Hochfrequenzeffekte z. B. in Funksystemen für Kommunikation und Radar. Durch hohe Taktfrequenzen der Prozessoren müssen sie aber auch bei der Entwicklung von Digitalschaltungen beachtet werden. Steile Schaltflanken in Frequenzumrichtern können zudem Hochfrequenzeffekte in den Zuleitungen und den Wicklungen elektrischer Maschinen hervorrufen. Schließlich treten sie selbst in Energieübertragungsnetzen üblicher Netzfrequenzen auf, wenn z. B. die Länge der Übertragungsleitungen groß ist.

Die Vorlesung führt zunächst an diese erweiterte Betrachtungsweise heran und schafft ein Verständnis dafür, wann sie angewendet werden muss, um Vorgänge in unterschiedlichen Disziplinen der Elektrotechnik hinreichend zu beschreiben. Aus dem vollständigen Modell werden Methoden abgeleitet, die die wesentlichen Aspekte der Wellenausbreitung auch im Falle komplexer Systeme einfacher beschreiben lassen. Hiermit werden Bauteile und Systeme entwickelt, die allein durch Hochfrequenzeffekte ermöglicht werden und die elementare Bestandteile von z. B. Mess-, Kommunikations- und Radarsystemen sind. Klassische analytisch-mathematische Herleitungen werden hierbei durch Netzwerk- und Feldberechnungsprogramme ergänzt, da sie zum einen eine Visualisierung der Wellenausbreitungsphänomene erlauben und zum anderen zunehmend in der Entwicklung von Hochfrequenzsystemen eingesetzt werden.

Die Vorlesung bildet eine wichtige, bisher fehlende Grundlage für die Vertiefungsrichtung Nachrichtentechnik und dient damit künftig als Vorbereitung für  die Vorlesungen Ausbreitung elektromagnetischer Wellen und Antennen. Außerdem erlaubt sie künftig einen Fokus auf die signaltheoretischen Aspekte in der Vorlesung Grundlagen der Nachrichtentechnik. Als nützliche Grundlage für alle Vertiefungsrichtungen und Ausblick auf die Vertiefungsrichtung Nachrichtentechnik reiht sich diese Vorlesung im Curriculum des Studiengangs Elektrotechnik B. Sc. in den „4 aus 8“-Wahlpflichtbereich im vierten Semester ein.