Hochfrequenzschaltung

Hochfrequenzschaltung bezeichnet elektrische Schaltungen, deren Betriebsfrequenz im Bereich der Hochfrequenz liegt. In der Praxis werden HF, VHF, UHF, SHF und EHF unterschieden, was etwa Frequenzen von 3 Megahertz bis hin zu mehreren Hundert GHz umfasst. Bei hohen Frequenzen treten Wellenphänomene und Leitungsverluste auf, weshalb parasitäre Effekte, Verteilungscharakter und die Auslegung von Leitungen wesentlich werden. Grundsätzlich werden Modelle und Bauteile so gewählt, dass sie die frequenzabhängigen Eigenschaften möglichst genau abbilden.

Typische Bauelemente und Topologien umfassen Transistoren wie Bipolartransistoren (BJT) und Hochfrequenz-Feldeffekttransistoren (FET, MESFET, HEMT), Dioden, Varaktoren sowie passive Elemente wie Induktoren und Kondensatoren. Häufig werden auch Impedanzabgleichnetzwerke, Filter (Bandpass, Tiefpass, Hochpass) und Oszillatoren eingesetzt. Da in HF-Schaltungen Verteilungsleitungen eine entscheidende Rolle spielen, kommen Mikrostreifen-, Stripline- oder Koaxialkonstruktionen sowie Hohlleiter zum Einsatz. Die Schaltungen beruhen oft auf verteilten Bausteinen statt ausschließlich auf lumped-Elementen, um Q-Faktoren, Kopplung und Verlustleistung zu optimieren.

Design und Messung: Wesentliche Kennzahlen sind Impedanzanpassung (typisch 50 Ohm), Verstärkung, Rauschzahl, Linearität und Bandbreite. Entwurf erfolgt mit elektrischen Simulationen sowie elektromagnetischen (EM) Methoden. Praktische Herausforderungen beinhalten Layout, Abschirmung, Erdung, Kabel- und Verbindungseinflüsse sowie Sensitivität gegenüber Temperatur und mechanischer Belastung. Messungen erfolgen mit Netzwerkanalysatoren, Spektrumanalysatoren und Zeitbereichsreflektometrie (TDR).

Anwendungen umfassen Rundfunk, Mobilfunk, Satellitenkommunikation, Radar, Mikrowellensysteme und drahtlose Technologien, wobei HF-Schaltungen zentrale Funktionen in Empfängern, Sendern und Frontends übernehmen.