Hochfrequenzelektronik

Der Kompetenzbereich HFE entwickelt praxisorientierte Hochfrequenz Elektroniklösungen in einem stark interdisziplinären Umfeld. Er beschäftigt sich schwerpunktmässig im Anwendungsfeld der standardisierten Kommunikationstechnik (Mobilfunk, RFID, Bluetooth, GPS), der Radartechnik und HF-Sensorik, der Entwicklung von kundenorientierten Kommunikationsprotokollen und Signalverarbeitung sowie der HF-Messtechnik.

Die Hochfrequenzelektronik ist heutzutage omnipräsent, auch wenn sie versteckt ist. Wenn man an Smartphones oder Tablets denkt, gibt es pro Gerät mehrere Funksysteme (GSM/UMTS/WLAN/Bluetooth/NFC/GPS/FM Radio), die ständig und z. T. gleichzeitig in Betrieb sind.

Industrie 4.0 oder generell das Internet of Things (IoT) haben auch als Hauptmerkmal die Smart-Sensoren. Generell bestehen Smart-Sensoren aus einem Sensor, der die erfassten Daten drahtlos mittels einer HF-Übertragung an eine Basisstation übermittelt. Im Gegensatz zu Mobiltelefonen, wo die übertragene Datenmenge wichtig ist, sind bei Smart-Sensoren der Stromverbrauch und die Batterielaufzeit das Entscheidende. Es wurden verschiedene Standards wie z. B. Bluetooth Low Energy (BLE), Zigbee, LoRa für den Einsatz im Bereich IoT vorgesehen. Das Kennen von diesen Standards ist fundamental, um das Beste für die definierte Anwendung herauszuschöpfen. 

Für spezielle Anwendungen, wo Standards nicht direkt einsetzbar sind, ist die Entwicklung von proprietären Protokollen notwendig. Unsere langjährige Erfahrung in diesem Nischenmarkt bringt uns in eine gute Lage, interessante Projekte durchzuführen. In der Regel bestehen solche Systeme aus einem Funkchip, welcher in Anwendungen eingesetzt werden soll, für welche er nicht vorgesehen war. Neben den Kompetenzen für die Protokoll-Entwicklung (d.h. Signalverarbeitung, Signalkonditionierung, Filtern, Kommunikationsprotokoll) sind für die Kunden die Kompetenzen im HF-Bereich entscheidend, da der Weg durch die Produktqualifikation normalerweise eine grosse Herausforderung darstellt.

Weiteres gewinnen Hochfrequenzsysteme immer mehr Bedeutung im Bereich der Sensorik. Radar Systeme sind seit den 20er Jahren in der Schifffahrt im Einsatz, Geschwindigkeitsmessgeräte auf Strassen führen oft zu „Ärger“ wenn man zu schnell fährt, Autos nutzen Sensoren mit dem vollen Frequenzspektrum von ein paar GHz (z. B. Füllstandsensor) bis zu 77 GHz Distanzmesssysteme, geplant für selbstfahrende Autos. Und das ist nicht alles. Schon 2013 konnte man ein Trend erkennen, der zeigt, dass weitere Frequenzbereiche (79 bis 81 GHz) für den Zweck reserviert worden sind.

Auch im Consumer-Bereich ist ein Trend zu erkennen. Das Frequenzband rund um die 60 GHz ist von der FCC und ETSI lizenzfrei vergeben worden. WirelessHD ist die erste drahtlose HDMI-Variante, die den 60-GHz-Bereich als Übertragungsfrequenz verwendet. Auch hier liegt der Vorteil bei der enorm hohen Bandbreite, die für die Datenübertragung bereitsteht. Alle diese Hinweise deuten darauf hin, dass das 60 GHz Band das neue 2.4 GHz ISM-Band der Zukunft wird.

Nicht zuletzt bring die Erhöhung der Arbeitsfrequenz einen Miniaturisierungsvorteil mit sich. Bei Frequenzen hö-her als 60 GHz ist die Wellenlänge so klein (etwa 5 mm), dass die Antennenintegration direkt auf Waferlevel zusammen mit dem HF-Chip erfolgen kann. Das öffnet die Tür für ein Spektrum von Interdisziplinären Dienstleistungen im Bereich HF-Simulationen, Wafer Integration, HF-Messtechnik, Kompetenzen die die NTB mit grossen Erfolgschancen unter einem Hut anbieten kann.