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TitelstoryBild 2:

TitelstoryBild 2: Simulation mit AWR Microwave Office und 3D-Wärme-Mapping einer MMIC-WärmequelleNachdem man die Benutzeranforderungenund den Implementierungsplan definiert unddie Erdung optimal entworfen hat, befasstman sich idealerweise damit, wie man diegesamte Energie verwaltet, die das HF-Projektbei der Kommunikation erzeugt.Thermisches Profil –Untersuchung der Leistungsfähigkeitvon Designs unter TemperatureinflussStrom erwärmt Dinge. Die erzeugte Wärmemengehängt davon ab, was der Strom imSchaltkreis bewirkt. Wenn Hochfrequenz indas Design integriert ist, ist es wahrscheinlich,dass die Schaltung eine große Mengean Wärme erzeugt. Dies hat unerwünschteAuswirkungen auf andere Teile der Schaltung,sofern sie nicht reduziert wird. Umfestzustellen, ob im Entwurf eine Wärmeschutzmaßnahmeerforderlich ist, sollte mansich folgende Fragen stellen:• Wie oft übertragt die Schaltungein Signal (sog. Arbeitszyklus)?Solange die Schaltung in Betrieb ist,erzeugt sie Wärme. Wenn sie häufiger„an“ als „aus“ ist, muss man Wärmeschutzmaßnahmenin Betracht ziehen.Je nachdem, wie viel Wärme die Schaltungerzeugt, kann dies durch Kühlkörperoder aktive Kühlung geschehen.• Auf welchen Frequenzen senden wir?Die Kommunikation über tausende vonKilometern erfordert in der Regel einehohe Sendeleistung, UHF- und L-Band-Frequenzen hingegen werden eher fürAnwendungen mit Sichtverbindung (Lineof-Sight,LOS) verwendet, da diese wenigerSendeleistung benötigen.• Mit welcher Leistung überträgt dieSchaltung dieses Signal?Im Zusammenhang mit dem obigenPunkt gilt: Wenn man über tausende vonKilo metern Entfernung kommunizierenmöchte, muss man diese Signale wahrscheinlichmit einer erheblichen Leistungübertragen. Mehr Leistung bedeutet mehrWärme erzeugung und diese erfordert entsprechendmehr Kühlung.Szenario 1:SmartphoneDesignspezifikationen: Das Smartphonearbeitet zwischen 700 MHz und 2500 MHzund sendet in der Regel mit 0,1 bis 2 Watt(je nach Entfernung zu einem Mobilfunkmast).Die einzige Zeit, in der das Smartphoneaktiv Signale sendet, ist währendTelefongesprächen oder bei kontinuierlichemDatenstreaming (Videochats oderVoIP). Ansonsten sendet ein Smartphonekurzzeitig, wenn es Daten aus dem Internetabruft oder Mobilfunkmasten „anpingt“,um die Verbindung zum idealen Mobilfunkmastaufrechtzuerhalten.Lösung: In der Regel benötigen Smartphonesnur wenige oder gar keine Mittelzur Wärmeableitung. Ein Smartphone wirdvielleicht warm, wenn man jemandenanruft, aber ansonsten erhitzt es sichnicht so stark, dass man es nicht mehr mitbloßen Händen anfassen kann.Kasten 4: Zwei Szenarien und ihre Spezifikationen/LösungenAnhand dieser Fragen lassen sich Entwurfsszenarienanalysieren und feststellen in Hinblickdarauf, ob eine Kühlung erfolgen sollteoder muss. Der Kasten 4 liefert hierzu mehrInformationen.Bestimmung des WärmeprofilsIst eine Wärmeminderung erforderlich, solltedas thermische Profil genauer untersuchtwerden. Dazu kann man die Wärmemenge(in Joule) berechnen, die die Bauteile derSchaltung erzeugen (möglichst über alleBetriebsbedingungen hinweg), um festzustellen,ob eine Wärmeschutzmaßnahmeerforderlich ist. Das ist mit einer Simulationmöglich, s. Bild 2.HF-StörungenFast alles in der Umgebung kann und wirddie HF-Signale, die wir senden und/oderempfangen wollen, stören. Sogar die inder Leiterplatte erzeugten Signale könnensich negativ auf andere Bereiche derLeiterplatte auswirken, weshalb es wichtigist, sich gegen solche Störungen zuwappnen.Dieser Schutz kann durch viele Maßnahmenerreicht werden, darunter die inden Kästen 5 und 6 genannten.Szenario 2:Militärische Funkgeräte, die MANET-Wellenformen nutzenDesignspezifikationen: Funkgeräte, dieMobile Ad-Hoc Networking (MANET)-Netzwerke nutzen, „kennen“ alle anderenFunkgeräte im Netzwerk. Dies geschiehtdurch die ständige Übertragung vonBeacons oder kurzen Metadaten-Bursts analle anderen Funkgeräte im Netzwerk.Je nach Entfernung der Funkgerätezueinander können diese Daten mit über10 Watt übertragen werden.Alle Funkgeräte in diesem Netzwerk sendenständig (hoher Arbeitszyklus). MilitärischeAnwendungen nutzen die Frequenzen vonVHF bis Ku-Band.Lösung: Diese Funkgeräte werden sehrwarm und benötigen eine Wärmeableitung.Dies wird typischerweise durch ein Kühlkörpergehäuseerreicht.8 hf-praxis 6/2025

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