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Studienmodell 11 - Hochfrequenztechnik

Allgemeines zu Arbeitsmarkt und Berufsbild

Die Hochfrequenztechnik ist eine Schlüsseltechnologie der Sensorik und Kommunikation und in zahlreichen Anwendungsfeldern zu finden:

  • Automobilindustrie
  • Kommunikationstechnik
  • Luft- und Raumfahrt
  • Automatisierungstechnik
  • Medizintechnik
  • Messtechnik

Gerade in Bereichen wie der Automobilindustrie, der Automatisierungstechnik und der Sensorik ist der Bedarf an Hochfrequenztechnik-Experten enorm gewachsen, so dass die Chancen auf dem Arbeitsmarkt weiterhin exzellent sind. In neuerer Zeit werden auch bei der Entwicklung extrem schneller Digitalschaltungen Hochfrequenztechniker gesucht (z.B. bei AMD, Intel, Infineon).

Absolventen des Studienmodells Hochfrequenztechnik werden nicht nur qualifiziert für den Einsatz in Forschung und Entwicklung, sondern finden ebenso Einsatzmöglichkeiten in den Bereichen Technischer Vertrieb und Projektleitung. Ein späterer Karriereweg in das mittlere oder hohe Management ist ohne Einschränkungen möglich. Die Einstiegsgehälter der Absolventen bewegen sich in der Regel deutlich über dem Durchschnitt.

 

Anwendungsgebiete der Hochfrequenztechnik

Die Hochfrequenztechnik (HF) ist eine wesentliche Grundlage für alle Funksysteme wie beispielweise Rundfunk, Mobilfunk, Satellitenfunk sowie für jegliche Sensorik basierend auf elektromagnetischen Wellen (z.B. Radar).

Im Automobilbereich ist vor allem die rasante Entwicklung radarbasierter Fahrerassistenzsysteme ein Technologietreiber. Mittlerweile sind Assistenzsysteme auf dem Markt erfolgreich etabliert, so dass in den nächsten Jahren ein immenses Wachstum in diesem Bereich zu erwarten ist. Hierbei werden Frequenzen verwendet, bei denen die Wellenlänge des Radars im Millimeterwellenbereich (ca. 30 – 300 GHz) liegt. Dies hat den Vorteil, dass das Radarsystem als ultrakompakte Baugruppe realisiert werden kann. Zukünftige Millimeterwellensysteme für Nahbereichs-Radaranwendungen und Kommunikation werden komplette System-on-Chip Lösungen sein, die neben der Hochfrequenzarchitektur auch die Antenne auf dem Chip realisiert haben werden.

Namhafte Unternehmen wie Bosch, Continental, Valeo, Hella, TRW, Delphi und weitere Automobilzulieferer haben ein ausgeprägtes Interesse an diesem Thema. Auch in der Automatisierungstechnik, der Robotik und im Maschinenbau hält die Radarsensorik verstärkt Einzug. Mit der Verlagerung in den Millimeterbereich steht eine große Bandbreite zur Verfügung, die eine hochgenaue Abstandsbestimmung bis in den µm-Bereich auch unter ungünstigen Bedingungen wie Nebel, Rauch oder Staub ermöglicht.

Ein weiterer sehr kapitalintensiver Bereich, in welchem ständig anspruchsvolle Lösungen für Hochfrequenzsysteme zu entwickeln sind, ist die Satellitentechnik. Die Satelliten werden hierbei entweder für Kommunikationssysteme oder zur Fernerkundung der Erdoberfläche oder des Weltalls benötigt. Die wichtigsten Komponenten der Satelliten sind hierbei die Leistungsendstufen und die Antennen, welche die meist bei mehreren Gigahertz liegenden Signale abstrahlen.

Auch die mobile Funkkommunikation ist nach wie vor ein wichtiges Feld der Hochfrequenztechnik. Um die vorhandenen Frequenzspektren effizienter auszunutzen, müssen Mobilfunkbasisstationen und Endgeräte immer mehr Standards beherrschen und um neue Techniken erweitert werden. Hierzu bedarf es neben einer Miniaturisierung der Antennen und einer höheren Integrationsdichte auch einer fortschrittlichen Signalverarbeitung, welche z.B. auf den Eigenschaften mehrerer verteilter Antennen beruht, sog. „Intelligente Antennen“.

Die Abstrahlung ultrabreitbandiger Pulse (Ultra Wide Band Technik) ermöglicht neben einer Lokalisierung auch die Verbindung unterschiedlicher technischer Geräte mit sehr hohen Datenraten und einer hohen Störsicherheit.

Das Thema Störsicherheit bzw. EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit) hat einen eigenen Stellenwert in der Hochfrequenztechnik. Dabei wird sichergestellt, dass einerseits Geräte nicht unerwünscht abstrahlen und andererseits keine hochfrequenten Einkopplung die Elektronik stören. Der Übergang zu sicherheitsrelevanten Anwendungen ist hierbei fließend. Unter dem Schlagwort HPEM (High Power Electromagnetics) verbergen sich beispielsweise Systeme, welche bewusst Einfluss auf elektronische Baugruppen nehmen, um diese zu stören oder zu beschädigen. Hierbei gibt es Überschneidungen mit den Themen Radar und UWB-Systeme.

Viele weitere Themengebiete können genannt werden wie z.B. die Hochleistungsmikrowelle zur Materialprozessierung oder die Erzeugung hoher Leistungen bei Frequenzen über 100 GHz für die Kernfusion, welche alle ein tiefes Verständnis der Wechselwirkung hochfrequenter Felder erfordern. Auch in der Medizintechnik spielen hochfrequenztechnische Fragestellungen eine immer stärkere Rolle, sei es die echtzeitfähige Videoübertragung von Operationen, die Verbesserung der Magnetresonanztomographie oder bildgebende Verfahren mit Terahertzstrahlung.

 

Behandelte Themen

Das Studienmodell Hochfrequenztechnik vermittelt die notwendigen theoretischen Kenntnisse und Fähigkeiten für die Berechnung, Entwicklung und Verwendung der Techniken, die den oben genannten Anforderungen entsprechen. Die festen Modellfächer bieten die komplette Bandbreite der Hochfrequenztechnik und die nötige theoretische Tiefe.

Der Praxisbezug der vermittelten Kenntnisse wird durch das Hochfrequenzlaboratorium und eine Bachelor- bzw.  Masterarbeit gewährleistet. Zusätzlich finden zu den meisten Modellfächern Praxisseminare statt, in welchen die Studierenden aktuelle kommerzielle Simulationssoftware kennenlernen (ADS, CST Microwave Studio, Ansoft Designer) und Aufgaben bearbeiten. Einige der in der Simulation behandelten Antennen/Schaltungen werden anschließend als Prototypen aufgebaut und vermessen.

Die vielfältige und moderne Ausstattung des Instituts im Bereich der Hochfrequenzmesstechnik (Spectrum Analyzer, vektorielle Netzwerkanalysatoren, Wafer Prober, Antennenmessraum etc.) und in der Aufbau- und Verbindungstechnik (Wire Bonder, Flip Chip Bonder, Rework Station) ermöglichen zudem den Umgang mit Werkzeugen und Arbeitsweisen, wie sie im späteren Berufsleben erwünscht und gefordert sind.

 

Bachelor- und Masterarbeiten

Bei Bachelor- und Masterarbeiten ist es den Studierenden möglich, an aktuellen Forschungsprojekten aus fast allen der oben genannten Bereiche, meist in Zusammenarbeit mit der Industrie, mitzuwirken. Hierbei bieten speziell auch die Kooperationen des IHE mit dem Institut für Hochleistungsmikrowellen und – Impulstechnik (IHM) am Forschungszentrum Karlsruhe, dem Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme (IHR) des Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrums in Oberpfaffenhofen und dem Institut für Angewandte Festkörperphysik (IAF) der Fraunhofer Gesellschaft in Freiburg interessante zusätzliche Möglichkeiten. Zahlreiche Auslandskontakte z.B. mit den USA, England, Italien, Spanien, Südafrika etc. ermöglichen den Austausch von Studierenden im Rahmen von Master- und Bachelorarbeiten sowie Praktika.

 

Praktikum oder Studienarbeit in Fairbanks, Alaska

Im Rahmen dieses Modells bietet das IHE zusammen mit seinem Kooperationspartner Alaska Satellite Facility, je nach Verfügbarkeit, ein Praktikum oder eine Bachelorarbeit in Fairbanks, Alaska an. Das Hauptthema der Arbeit ist ein Radar mit synthetischer Apertur (engl. Synthetic Aperture Radar, SAR), wobei die einzelnen Themen sowohl praktischer als auch theoretischer Natur sind. Ein Bewerber sollte über ein hohes Maß an Motivation und Selbständigkeit sowie über gute Studienleistungen verfügen. Er sollte zudem bereit sein, einen sechsmonatigen Aufenthalt in Alaska in sein Studium einzuplanen. Näheres findet man auf der Homepage.

 

Studienablauf

Die wählbaren Modellfächer können aus einer Vielzahl von Lehrveranstaltungen zusammengestellt werden. Es ist zu beachten, dass die Summe der festen und wählbaren Modellfächer mindestens 69 Leistungspunkte betragen muss.

Die Auswahl der Fächer erfolgt durch den Studierenden und ist möglichst frühzeitig mit dem Modellberater abzusprechen. Im Rahmen der Modellberatung wird hierbei zunächst ein unverbindlicher Modellplan erstellt, welcher jederzeit nach Absprache mit dem Modellberater noch geändert werden kann. Zur Anmeldung der Masterarbeit muss der endgültige, verbindliche und genehmigte Modellplan beim Masterprüfungsausschuss (MPA) abgegeben werden.

Als wählbare Modellfächer können auch weitere Lehrveranstaltungen der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik, sowie in begrenztem Umfang auch Lehrveranstaltungen anderer Fakultäten in Frage kommen. Die Auswahl ist in jedem Fall mit dem Modellberater abzusprechen und von diesem zu genehmigen.

Feste Modellfächer

       WS           SS       
Lehrveranstaltung   V      Ü     P/W    V     Ü    P/W   ECTS* 
Numerische Methoden (IANA) - - - 2 1 - 5
Communication Systems and Protocolls (ITIV) - - - 2 1 - 5
Technische Optik (LTI) 2 1 - - - - 5
Mikrowellentechnik / Microwave Engineering  (IHE) 2 1 - 2 1 - 5
Integrierte Signalverarbeitungssysteme (IIIT)** 2 1 - - - - 5
Hoch- und Höchstfrequenzhalbleiterschaltungen (IHE) 2 1 - - - - 4
Mikrowellenmesstechnik (IHE) - - - 2 1 1 6
Antennen und Mehrantennensysteme (IHE) 3 1 - - - - 6
Seminar Radar and Communication Systems (IHE) 3 - - 3 - - 4
Praktikum Hochfrequenzlaboratorium II (IHE) oder

-

- 4 - - - 6
Microwave Laboratory I (IHE) - - - - - 4 6

Wählbare Modellfächer

       WS           SS       
Lehrveranstaltung   V     Ü    P/W    V     Ü    P/W   ECTS*
Analyse und Entwurf multisensorieller Systeme (ITE) - - - 2 - - 3
Methoden der Signalverarbeitung (IIIT) 3 1 - - - - 6
Regelung linearer Mehrgrößensysteme (IRS) 3 1 - - - - 6
Wave Propagation and Radio Channels for Mobile Communications (IHE) - - - 2 1 - 4
Praktikum Hochfrequenzlaboratorium II (IHE) - - 4 - - - 6
Microwave Laboratory I (IHE) - - - - - 4 6
Aufbau- und Verbindungstechnik in Hochfrequenztechnik und Elektronik (IHE) 2 - - - - - 3
Radar Systems Engineering (IHE) 2 - - - - - 3
Advanced Radio Communications I (IHE) 2 1 - - - - 4
Spaceborne Microwave Radiometry – Advanced Methods and Applications (IHE) - - - 2 - - 3
Modern Radio Systems Engineering (IHE) - - - 2 1 - 4
Hochleistungsmikrowellentechnik (IHE) 2 - - - - - 3
Spaceborne Radar Remote Sensing (IHE) - - - 2 1 1 6
Optical Transmitters and Receivers (IPQ) 2 1 - - - - 4
Optical Waveguides and Fibers (IPQ) 2 1 - - - - 4
Nachrichtentechnik II (CEL) 2 1 - - - - 4
Signalverarbeitung in der Nachrichtentechnik (CEL)  - - - 2 - - 3
Systems and Software Engineering (ITIV)  2 1 -  - - - 5
Design analoger Schaltkreise (IMS)  2 1 - - - - 4
Design digitaler Schaltkreise (IMS) - - - 2 1 - 4
Software Radio (CEL)** - - - 2 - - 3
Funkempfänger (CEL) 2 - - - - - 3
Technische Akustik (IHE) - - - 2 - - 3
Praktikum Schaltungsdesign mit FPGA (IMS) -  - 4  - - 4 6
Integrierte Systeme und Schaltungen (IMS) 2 1 - - - - 4

*ab Ersteinschreibung Master SS2015, zuvor abweichende ECTS-Punkte (siehe jeweiliges Modulhandbuch)

**Angebot momentan unklar, bitte Internetseite des jeweiligen Instituts beachten

V = Vorlesung, Ü = Übung, P = Praktikum, W = Workshop

 

Schlüsselqualifikationen

Neben den Wahlfächern sind als sogenannte Schlüsselqualifikationen zusätzlich Veranstaltungen im Umfang von mindestens 6 Leistungspunkten aus dem Angebot der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik oder einer anderen Fakultät zu absolvieren. Die Schlüsselqualifikationen sind in weitem Umfang wählbar, solange sie keinen zu technischen Inhalt haben.
Denkbar sind hier beispielsweise Veranstaltungen aus den Wirtschafts- und Sozialwissenschaften, dem „Zentrum für Angewandte Kulturwissenschaften“ (ZAK) oder dem „House of Competence“ (HoC):

 

  • Industriebetriebswirtschaftslehre
  • Sprachkurse
  • Tutorenschulung
  • ...

Zu beachten ist weiterhin, dass keine Veranstaltung aus dem ETIT-Wahlbereich als Schlüsselqualifikation anerkannt werden kann.

 

Weitere Modellfächer nach Rücksprache mit dem Modellberater.

Kontakt

Institut für Hochfrequenztechnik und Elektronik    

Institutsleiter: Prof. Dr.-Ing. Thomas Zwick
Gebäude 30.10

Modellberatung:
Dr.-Ing. Mario Pauli
Tel.: 0721 / 608-46259
Fax: 0721 / 608-45027
E-Mail: mario.pauli∂kit.edu