Klaus Werner kocht ein neues Solid-State-RF-Training

HF-Energiesysteme haben sich seit den frühen Tagen der röhrenbasierten Magnetrons stark verändert. Laut Klaus Werner, Trainer am High Tech Institute, ist die grobe Leistung der Röhre zwar nur schwer zu übertreffen, aber die neue Generation der integrierten Festkörper-HF-Schaltungen bietet eine noch nie dagewesene Kontrolle, Effizienz und Reproduzierbarkeit.

Klaus Werner hatte keinen gewöhnlichen Start auf dem Gebiet der HF-Energielösungen. Nach seinem Physikstudium an der Universität Aachen kam er an die Technische Universität Delft, um CVD-Anlagen für die Halbleitertechnologie weiterzuentwickeln. „Damals war ich nur für sechs Monate dort vorgesehen“, erinnert sich Werner. Aber acht Jahre und einen Doktortitel über das Wachstum von Silizium-Germanium in CVD-Anlagen später, fand sich Werner immer noch in Delft wieder. „Es war definitiv Zeit für eine neue Herausforderung“, erinnert er sich. 1995 wechselte Werner für 10 Jahre in die MOS-3-Fabrik in Nijmegen, bevor er nach Eindhoven in das Philips-Team ging, das für Laser-Wegsensoren zuständig war, die noch heute in Computermäusen verwendet werden.

Das passte nicht ganz zu Werner, und das tägliche Pendeln von mehr als 3 Stunden zur Arbeit war einfach nicht zu schaffen. Also ging er zurück nach Nijmegen und wurde Teil der RF Power Group bei NXP. „Die Gruppe befasste sich hauptsächlich mit der Entwicklung von Halbleitertechnologien und -geräten für Hochleistungs- und Hochfrequenzanwendungen im HF-Bereich. Vor allem in den Bereichen Basisstationen für das zellulare Netzwerk, Telefon, Radarsysteme und zu einem großen Teil für die Radio-TV-Übertragung“, beschreibt Werner. Aber während seiner Zeit bei NXP sah er, dass man die elektromagnetischen Wellen nicht für die Kommunikation und die Datenübertragung einsetzte, sondern ihre schiere Energie nutzte, um Plasmen für Laser, Leuchten und sogar medizinische Anwendungen zu betreiben, zum Beispiel bei der Unterkühlung.

Weiße Ware

Plötzlich begannen sich die Aktivitäten im Bereich der Festkörper-HF-Energie zu verstärken, insbesondere durch Unternehmen der Weißen Ware, die ihren Namen vom Standard der weiß beschichteten Außenflächen von Haushaltsgeräten haben. „Whirlpool und andere Unternehmen sahen die Möglichkeit, die Art und Weise, wie Mikrowellenherde Lebensmittel erhitzen, zu verbessern“, erklärt Werner. „Daraufhin gründeten wir die RF Energy Alliance, ein Industriekonsortium, das sich zum Ziel gesetzt hat, Standards festzulegen, Roadmaps zu erstellen und neue Generationen der Technologie zu entwickeln, um einen Konsens zu schaffen und die Kosten zu senken.“ Aber nach ein paar Jahren zogen sich die Weißwarenhersteller zurück, da es für sie einfach zu lange dauerte, die Kosten zu senken, um ein konkurrenzfähiges Angebot gegenüber den Magnetron-betriebenen Öfen zu haben.

„NXP wollte sich als Halbleiterunternehmen auf Komponenten und die Technologie hinter den Komponenten konzentrieren. Gleichzeitig wollte ich das Wissen und das Interesse an der Technologie und ihren Anwendungen weiter verbreiten, und schließlich beschlossen wir, uns zu trennen“, sagt Werner. „Damals beschloss ich, in die Lücke zu springen, die ich auf dem Gebiet der HF-Energie sah, und gründete Pink RF – wobei ich den Namen ‚Pink‘ als Anspielung auf die Brustkrebshilfeorganisation Pink Ribbon übernahm – mit dem allgemeinen Wunsch, die Technologie für einen breiten Einsatz in Bereichen zu entwickeln, die den Menschen wirklich helfen könnten, zum Beispiel in der Medizin.“

Wissen teilen

Trotz des Scheiterns der RF Energy Alliance glaubte Werner fest an das Versprechen der Technologie und wusste, dass die Bemühungen des gescheiterten Konsortiums einen echten Wert hatten. „Eine der größten Hürden bei der Verbreitung dieser Technologie ist die Weitergabe des Wissens darüber“, erklärt Werner. „Ich habe Artikel geschrieben, Workshops und Schulungen vorbereitet, alles, um das Wissen zu erweitern. Ich stellte fest, dass viele Menschen einfach keine solide Vorstellung davon hatten, wie man mit dieser ungewöhnlichen Wärmequelle umgehen sollte.“ Als Werner nicht aufgeben wollte, stieß er auf das International Microwave Power Institute (IMPI), das viele der Aufgaben übernahm, nach denen er in der alten RF Energy Alliance gesucht hatte. Heute ist er Vorsitzender der IMPI-Sektion für HF-Energie und verantwortlich für die Verbreitung von Informationen über diese einzigartige Technologie und die Schaffung von Schulungsmöglichkeiten, um sein Wissen weiterzugeben.

„Das ist einer der Gründe, warum ich dem High Tech Institute beitreten wollte. Es ist eine echte Institution, die mehr als nur Workshops anbietet. Es ermöglicht uns, technische Leute besser zu erreichen und mit einem bestimmten Publikum in Kontakt zu treten und auf dessen spezifische Bedürfnisse einzugehen“, sagt Werner begeistert. „Einer der besten Aspekte ist, dass viele Teilnehmer bereits ein gutes Verständnis für die Technologie haben. Alles, was sie bereits in der Schule über das Verhalten von Wellen, Beugung und Brechung gelernt haben, ist immer noch absolut zutreffend. Allein dieser Gedanke hat große Auswirkungen, und zwar in grundlegender Hinsicht. Es hilft, die Gedanken zu lockern und eine Perspektive für diese Technologie zu schaffen.“

Neue Ausbildung

Werners erste Ausgabe der neuen Schulung „Solid-state generated RF and applications“ hat genau das zum Ziel. Der dreitägige Kurs gibt den Teilnehmern einen Einblick in die Entwicklung der Technologie, von der früheren Generation der röhrenbasierten Hochfrequenz-Magnetrons bis hin zur modernen, auf Festkörperelektronik basierenden Energiequelle. „In Bezug auf die Rohleistung sind die Magnetrons kaum zu schlagen. Das Problem liegt jedoch in der mangelnden Optimierung und Kontrolle der Röhre und der Verschlechterung des Signals im Laufe der Zeit“, erläutert Werner. „Die neue Generation von Festkörper-HF wird vor allem durch die Mobilkommunikation vorangetrieben, wo eine hohe Leistungslinearität erforderlich ist, die durch Transistoren und Halbleiter erzeugt wird. Diese Methode erzeugt ein stabiles, effizientes und, was noch wichtiger ist, kontrollierbares und reproduzierbares Signal, das mit einem Magnetron niemals realisiert werden könnte.“

„Es gibt viele Faktoren, die eine Rolle spielen, wenn es darum geht, wie man HF-Energie am besten einsetzt, und wir werden viele davon in der neuen Schulung behandeln. Wir werden eine Mischung aus Theorie und Praxis verwenden, um die Technologie tiefer zu ergründen. Von Sicherheitsaspekten wie Strahlenbelastung – die es nicht gibt – bis hin zu Frequenzen, Verhalten und Interaktion mit Materie“, beschreibt Werner. „Die Realität ist, dass diese Technologie extrem nützlich und vollständig skalierbar ist. Vom Erhitzen kleinster Flüssigkeitsmengen unter sehr gut kontrollierten Bedingungen für Covid-Tests bis hin zum Kochen von 1.000 Litern Suppe pro Stunde. Diese modulare Technologie ist von Mikrojoule bis hin zu Megajoule anwendbar, mit nahezu unendlichen Möglichkeiten.“

Dieser Artikel wurde von Collin Arocho geschrieben, Tech-Redakteur von Bits&Chips.