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HF-Praxis 10/2013

Aus Forschung und

Aus Forschung und Technik Staubige komplexe Plasmen Bild 1 Bild 2 Das Max-Planck-Institut für extraterrestrische Forschung in Garching (MPE) forscht über komplexe Plasmen. Wie in mehreren Vorgängerversuchen dient auch das aktuelle „Plasmakristallexperiment 4“ dazu, komplexe Plasmen in der Schwerelosigkeit zu erforschen. Diese komplexen oder mehrkomponentigen Plasmen enthalten Ionen, Elektronen, Neutralgas und Mikropartikel. In der Schwerelosigkeit ordnen sich die Mikropartikel in einer gitterähnlichen Struktur an. Es gibt also zugleich anziehende als auch abstoßende Kräfte zwischen den Staubpartikeln, die diese Gitterstruktur entstehen lassen. Diese Kräfte sind so gering, dass sie nur in der Schwerelosigkeit untersucht werden können. Hochfrequenzgenerator Für das Plasmakristallexperiment 4 hat die Firma barthel HF-Technik GmbH in Kooperation mit dem MPE einen Hochfrequenzgenerator entwickelt. Der Generator besitzt zwei Ausgänge. An jedem seiner Ausgänge liefert der Generator eine Leistung von bis zu 5 Watt bei einer Arbeitsfrequenz von 81,36 MHz. Bild 1 zeigt das Generatormodul. Die besondere Herausforderung lag darin, den Generator so kompakt und so leicht wie möglich zu realisieren. Folglich musste der Wirkungsgrad der beiden Endstufen möglichst hoch sein, damit auch die Stromversorgung möglichst klein und leicht ausfallen konnte. Nach zwei Vorläufermodellen ist nun das dritte und endgültige Modell mit drei Platinen übereinander aufgebaut. Die unterste Baugruppe (Bild 2) enthält für jeden Kanal je einen Buckregler, der die 28 V Versorgungsspannung regelt. Die abgegebene Hochfrequenzleistung wird dadurch eingestellt, dass die Versorgungsspannung für die Endstufe variiert wird. Diese Aufgabe übernehmen die beiden Buckregler. Sie tragen mit ihrem hohen Wirkungsgrad von etwa 95% dazu bei, dass das Modul mit wenig Kühlung auskommt. Bild 3 Die mittlere Baugruppe trägt die beiden Hochfrequenzgeneratoren. Beide Generatoren werden durch einen gemeinsamen Quartzoszillator gespeist. Das Signal durchläuft je eine Pufferstufe und treibt die beiden HF-Leistungstransistoren. Die Leistungsendstufen arbeiten im Klasse-E-Betrieb. Mit diesem hocheffizienten Betrieb erreichen sie einen Wirkungsgrad von mindestens 85%. Am Ausgang der Endstufe werden die beiden Signale gefiltert. Dann durchlaufen sie je einen Richtkoppler, der die abgegebene Leistung und die reflektierte Leistung misst. CAN-Bus-Schnittstelle Die oberste Baugruppe schließlich sorgt für die Regelung und die Kommunikation nach außen. Das gesamte Modul wird durch eine CAN-Bus-Schnittstelle gesteuert. Aus Gründen der nachweisbaren Zuverlässigkeit muss die Regelschleife analog realisiert werden. Darum kommt für jeden Kanal ein eigener Zweipunktregler zum Einsatz. Weil das Ausgangssignal mit einer Grenzfrequenz von 100 Hz modulierbar sein soll, muss der Regler ausreichend schnell arbeiten. Einsatz auf der Internationalen Raumstation Erste Versuche mit dem HF- Generator auf Parabelflügen sind erfolgreich verlaufen. Zusammen mit der Firma Kayser-Trede GmbH und der European Space Agency (ESA) arbeitet das Max- Planck-Institut daran, das Plasmakristallexperiment 4 auf der Internationen Raumstation (ISS) durchzuführen. Bild 3 (Foto: MPE) zeigt den Versuchsaufbau mit dem gezündeten Plasma. Die Forscher des Max-Planck- Institutes erwarten, dass die Resultate nicht nur von fundamentalem Interesse für das Verständnis komplexer Plasmen sein werden, sondern auch Erkenntnisse für die Astrophysik und die Halbleiterherstellung liefern. ◄ 10 hf-praxis 10/2013

Weltweit erster Vektorsignal-Transceiver VSA + VSG + FPGA = RF neu definiert Der Vektorsignal-Transceiver von NI vereint einen VSA und einen VSG mit einem anwenderprogrammierbaren FPGA für die Signalverarbeitung, -steuerung und -regelung in Echtzeit in einem einzigen Gerät – zu einem Bruchteil der Kosten und Größe einer traditionellen Lösung. Diese richtungsweisende Technologie findet sich im NI PXIe-5644R, dem ersten softwaredesignten Messgerät. Mithilfe der Systemdesignsoftware NI LabVIEW kann die Soft- und Firmware verändert und so ein Messgerät erstellt werden, das sich exakt den Anforderungen anpasst. WIRELESS-TECHNOLOGIEN National Instruments unterstützt zahlreiche Wireless-Standards, darunter: 802.11a/b/g/n/ac CDMA2000/EV-DO WCDMA/HSPA/HSPA+ LTE GSM/EDGE Bluetooth >> ni.com/vst/d 089 7413130 © 2013 | National Instruments, NI, ni.com und LabVIEW sind Marken der National Instruments Corporation.

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© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel