Von primitiv über kompliziert zu einfach

Erfahrungsbericht von Jan-Erik Kunze, Gründer und Geschäftsführer von IK Elektronik

Wenn ich heute auf meine langjährige Tätigkeit im Bereich Hochfrequenztechnik zurückblicke, sehe ich einen spannenden Weg vom Elektronikbastler ohne Bezug zu Funk und Antennen, über den akademischen Hochfrequenztheoretiker mit viel Wissen aber wenig Erfahrung, bis hin zum routinierten Entwickler von Hochfrequenzschaltungen.

In der Rückblende stecken interessante Erkenntnisse: Die Wichtigste davon ist, dass die Art und Weise, wie wir bei IK Elektronik heute Hochfrequenzprodukte entwerfen und eigentlich auch welcher Art diese Produkte sind, maßgebend von diesem Weg beeinflusst wurde.

Primitiv aber spannend: Die Bastelprojekte

Ab dem Jugendalter habe ich ungezählte Stunden auf dem Dachboden in meiner Bastelecke verbracht. Mich interessierten hier vor allem die „handfesten“ Themen: Netzteile, Messtechnik, Klangerzeugung, Musikelektronik.

Funk interessierte mich seinerzeit nicht. Antennen, Grenzfrequenzen von Bauteilen oder auch die auf mich schrullig wirkenden Aktivitäten der Funkamateure – das war für mich immer abstrakt und etwas fremd. Elektronik bedeutete für mich zu dieser Zeit immer „Bauteile zusammenlöten“, also Widerstände, Kondensatoren, Transistoren, Transformatoren. Umgekehrt auch mal ein Gerät auseinanderzunehmen und in seine Bestandteile zu zerlegen.

Wie das häufig bei frühen Prägungen ist: Diese Denkweise bleibt in einem selbst erhalten als Gefühl oder als Sympathie: bei mir also für Bauteile, für praktische Schaltungstechnik, für das Layout der selbstgezeichneten Leiterplatten und deren Herstellung.

Kompliziert aber lehrreich: Die Theoriephase

Im Studium änderte sich diese Perspektive grundlegend. Plötzlich standen Themen wie Wellenausbreitung, Leitungstheorie und elektromagnetische Verträglichkeit auf dem Plan. Ich lernte zu berechnen, wie sich Signale auf Leitungen verhalten, was Reflektionen von Wellen bedeuten und dass man bei hohen Frequenzen mit Leitungen allein elektrische Funktionen erzeugen und damit neuartige Bauteile schaffen kann.

Mit dem theoretischen Verständnis wuchs mein Respekt vor hohen Frequenzen. An der Hochschule gab es seinerzeit keine Möglichkeiten, diese Sachen auch praktisch auszuprobieren, so dass dieses Wissen sich zusätzlich ein bisschen wie ein Glauben anfühlte. Alles, was ich bisher unter „normaler“ Elektronik verstanden hatte, rückte etwas in den Hintergrund. Es dominierten komplexe Berechnungen, Simulationen und das mystische Gefühl, dass man ohne aufwändige Substrate, mikrometergenaue Layouts und perfekte Anpassungstransformationen nicht weit kommen würde.

Erste Mikrowellenschaltungen

Mit diesem nicht ganz harmonischen Mix aus praktischer Erfahrung und theoretischem Hintergrund begann meine berufliche Laufbahn, zunächst als weiterhin theoretisch geprägter Wissenschaftler, anschließend als Entwicklungsingenieur für Hochfrequenztechnik und Antennen. Die nun beginnende Praxis meiner ersten Mikrowellenschaltungen sah dann auch entsprechend aus: Aufwändige und ausgeklügelte Leitungsstrukturen auf teuren HF-Substraten, die RT Duroid oder Ultralam hießen.

Diese Designs funktionierten mal mehr und mal weniger gut, das Mysterium verschwand nicht vollständig. Und jede Überarbeitung und jedes Tuning war mit Layoutänderungen verbunden, was häufig zusätzliche Wartezeiten auf neue Leiterplatten und hohe Kosten bedeutete.

Einfach und neu: HF-Design bei IK Elektronik

Mit Gründung des Ingenieurbüros als Vorläufer von IK Elektronik war dieses Herangehen nicht mehr geeignet. Effektiv, kostengünstig und gleichzeitig technisch hochwertig sollte es sein, um damit auch Geld verdienen zu können. Die bisherigen Mikrowellendesigns waren genau das nicht: Die Schaltungen waren groß und teuer, der Entstehungsprozess umständlich und langsam, alles genau das Gegenteil von dem was wir brauchten.

Also wählten wir pragmatisch einen anderen Ansatz: Wenn man die elektrische Länge klein hält, bleiben auch Transformationseffekte durch Leitungen klein. Man könnte dann auch wieder zur herkömmlichen Schaltungstechnik mit Bauteilen zurückkehren und auf die Berücksichtigung von Leitungslängen und Leitungsbauteile weitgehend verzichten. Und auch der Einfluss des Leiterplattenmaterials sollte da vernachlässigbar sein. Normales FR-4 kam wieder ins Spiel.

Dieser Ansatz funktionierte – erstaunlich gut sogar. Bis zu etwa 6 GHz lassen sich so zuverlässige, wirtschaftliche HF-Designs umsetzen. Mehr ließ die Messtechnik auch nicht zu und für höhere Frequenzen war auch kein Markt sichtbar. Passt!

Das Innenleben des „Freeconnect mini“ von IK Elektronik. Ein Datentransceiver als RS-232 Kabelersatz mit IKM2.4A Modul.

IKM2.4A: Erfolgreiches Funkmodul

Anschauliches Beispiel dieser Entwicklung war unser erfolgreiches Hochfrequenzmodul 2,4 GHz Funkmodul IKM2.4A.

Es war kompakt, verzichtete weitgehend auf HF-Leitungsstrukturen, ließ sich kostengünstig fertigen und war vom Entwicklungsaufwand her überschaubar. Durch das eingesetzte Doppelsuper-Prinzip beim Empfänger wurden zudem hervorragende HF-Eigenschaften erreicht.

Dieses Modul fand seinen Weg zu unterschiedlichen Kunden für unterschiedlichste Anwendungen, darunter:

Der Erfolg des Funkmoduls IKM2.4A war nicht nur ein technischer, sondern auch ein wirtschaftlicher Meilenstein, kam zur rechten Zeit und brachte das Unternehmen insgesamt einen großen Schritt voran.

Einfachheit: Bewährter Grundsatz in mehr als 450 Produkten

Die Design-Philosophie der Einfachheit hat sich bei IK Elektronik in bisher mehr als 450 neu entwickelten Produkten bewährt. Leitungswege bleiben wenn möglich kurz, Standardmaterialien und -bauteile kommen zum Einsatz. Wenn notwendig stehen natürlich die mikrowellenspezifischen Kenntnisse zur Verfügung.

Dieser Ansatz führt meist nicht zu einer Lösung mit maximaler Performance, aber liefert funktionale und wirtschaftliche Produkte für unsere Kunden und passt damit optimal zur Dienstleistung der Entwicklung maßgeschneiderter Funkelektronik.

Selbstverständlich geht die Entwicklung immer weiter, neue Komponenten, Möglichkeiten und Anforderungen kommen dazu, wie etwa die Verschiebung der Arbeitsanteile in Richtung Software, aber der Grundsatz der Einfachheit und die Suche nach der optimalen Lösung bleiben auch künftig grundsätzliches Bestreben bei IK Elektronik.