Hochfrequenztechnik: lineare Modelle
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| Sprache: | German |
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Berlin [u.a.]
Springer
2000
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Inhaltsverzeichnis
1 Einführung.
1.1 Komplexe Darstellung sinusförmiger Zeitfunktionen. 1
1.2 Nutzung der unterschiedlichen Frequenzbereiche. '2
1.3 Das Simulationsprogramm HF-LINMO. 4
2. Passive Komponenten . 7
2.1 Die idealisierten Komponenten
2.1.1 Der ideale Widerstand . 7
2.1.2 Die ideale Induktivität. 9
2.1.3 Der ideale Kondensator. 10
2.2 Die realen Bauelemente
2.2.1 Technische Formen des Widerstandes . 12
2.2.2 Einfache Modelle technischer Induktivitäten . 14
2.2.3 Ersatzschaltung einer realen Induktivität. 17
2.2.4 Einfache Modelle technischer Kapazitäten. 20
2.2.5 Ersatzschaltung einer realen Kapazität. 23
2.3 Die realen Schwingkreise . 26
2.3.1 Ersatzschaltung der realen Schwingkreise. 26
2.3.2 Einsatzgebiete für Schwingkreis . 29
2.4 Der Schwingquarz als Resonator. 30
2.4.1 Resonanzfrequenzen von Schwingquarzen. 30
2.4.2 Ersatzschaltbild eines Schwingquarzes. 31
2.5 Übungsaufgaben . 33
3. Grundlagen der Leitungstheorie. 35
3.1 Die verlustlose Leitung - Analyse im Zeitbereich. 35
3.1.1 Der Wellenwiderstand. 39
3.1.2 Der Reflexionsfaktor. 39
3.1.3 Einfach- und Mehrfachreflexionen auf Leitungen mit ohm-
schen Abschlusswiderständen . 41
3.2 Die Leitung - Analyse im Frequenzbereich. 43
3.2.1 Die Wellengleichung im Frequenzbereich. 44
3.2.2 Diskussion der Ausbreitungskonstante und des Wellenwi¬
derstandes . 45
VIII Inhaltsverzeichnis
3.2.3 Der Reflexionsfaktor im Frequenzbereich . 49
3.2.4 Das Smith-Diagramm. 53
3.2.5 Widerstandstransformation entlang einer Leitung. 57
3.3 Leitungstransformatoren . 63
3.3.1
3.3.2 Mehrstufige
3.3.3 Kontinuierliche Leitungstransformatoren . 70
3.4 Übungsaufgaben . 73
4. Darstellung linearer Schaltungen . 75
4.1 Die klassischen Zweitorparameter. 75
4.1.1 Die Z-Parameter . 76
4.1.2 Die H-Parameter. 78
4.1.3 Die Y-Parameter. 79
4.2 Die Streuparameter. 82
4.2.1 Definition der Wellengrößen . 83
4.2.2 Definition der S-Parameter . 84
4.2.3 Das Signalfiussdiagramm. 89
4.2.4 Netzwerkanalysator. 94
4.3 Übungsaufgaben .100
5. Netzwerksynthese .103
5.1 Grundlegende Netzwerkeigenschaften.103
5.2 Filterentwurf.107
5.2.1 Butterworth-Filter.109
5.2.2 Tschebyscheff-Filter .111
5.3 Transformationen des Tiefpassfilters .114
5.3.1 Hochpasstransformation.114
5.3.2 Bandpasstransformation.116
5.3.3 Sperrfiltertransformation.119
5.4 Übungsaufgaben .121
6. Halbleiter-Bauelemente.123
6.1 Grundlegende Eigenschaften von Halbleitern.123
6.1.1 Das Bändermodell.124
6.1.2 Eigenleitfähigkeit.126
6.1.3 Störstcllenleitfähigkeit .130
6.1.4 Diffusionsströme in Halbleitern.133
6.2 Der pn-Ubergang.134
6.2.1 pn-Ubergang im stromlosen Zustand.134
6.2.2 pn-Ubergang bei Spannungseinwirkung.139
6.2.3 Kleinsignalersatzschaltung einer Diode.142
6.3 Die Schottky-Diode.146
6.3.1 Bändermodell der Schottky-Diode.146
6.3.2 Statische Strom-Spannungscharakteristik.147
Inhaltsverzeichnis
IX
6.4 Der bipolare NPN-Transistor.148
6.4.1 Aufbau und prinzipielle Wirkungsweise.148
6.4.2 Ein- und Ausgangskennlinien von Bipolartransistoren.151
6.4.3 Linearisiertes Modell eines Bipolartransistors .153
6.4.4 Hochfrequenz-Ersatzschaltbild eines Bipolartransistors.155
6.5 Der unipolare MESFET.158
6.5.1 Aufbau und stationäre Kennlinien eines MESFET.158
6.5.2 Linearisiertes Modell eines MESFET.162
6.5.3 Hochfrequenz-Ersatzschaltbild eines MESFET .165
6.6 Übungsaufgaben .166
7. Hochfrequenzverstärker.169
7.1 Charakteristische Größen.169
7.1.1 Arbeitspunkteinstellung.169
7.1.2 Zweitor beschrieben durch Y-Parameter.171
7.1.3 Zweitor beschrieben durch die S-Parameter.173
7.2 Stabilität eines Zweitors.174
7.2.1 Stabilitätskreise.175
7.2.2 Der Stabilitätsfaktor.178
7.2.3 Stabilisierung eines Transistors.178
7.3 Leistungsverstärkung .180
7.3.1 Vernachlässigte Rückwirkung.181
7.3.2 Einfluss der Rückwirkung .183
7.3.3 Optimale Lastreflexion bei Rückwirkung .184
7.3.4 Maximal verfügbarer Ubertragungsgewinn.186
7.3.5 Ubertragungsgewinn bei ein- bzw. ausgangsseitiger Fehlan¬
passung .187
7.3.6 Kreise konstanten Übertragungsgewinns.188
7.4 Konzepte für Hochfrequenzverstärker .190
7.4.1 Der unsymmetrische Verstärker .190
7.4.2 Wanderwellenverstärker.192
7.5 Übungsaufgaben .194
8. Oszillatoren .197
8.1 Zweipol-Oszillator .197
8.2 Vierpol-Oszillator .200
8.2.1 RC ¡-Oszillator.201
8.2.2 LC-Oszillator.204
8.2.3 Quarzstabilisierte Oszillatoren .206
8.3 Synthesegeneratoren .208
8.3.1 Grundlagen einer Phasenregelschleife .209
8.3.2 Aufbau von Synthesegeneratoren.215
8.4 Übungsaufgaben .217
Inhaltsverzeichnis
9. Rauschen.221
9.1 Beschreibung einer Rauschgröße.222
9.1.1 Zeitliche Mittelwerte.222
9.1.2 Spektrale Rauschleistungsdichte.222
9.1.3 Wahrscheinlichkeitsdichte.224
9.2 Rauschphänomene.227
9.2.1 Das Schrotrauschen.227
9.2.2 Das thermische Rauschen.231
9.3 Rauschende Vierpole.236
9.3.1 Rauschzahl eines Verstärkers.237
9.3.2 Die Rauschzahl kaskadierter Verstärker .238
9.3.3 Rauschanpassung.240
9.4 Übungsaufgaben .241
10. Das elektromagnetische Feld.243
10.1 Die elektrischen Feldgrößen.244
10.1.1 Die elektrische Feldstärke.244
10.1.2 Die elektrische Potentialfunktion.246
10.1.3 Die dielektrische Verschiebungsdichte .250
10.1.4 Die elektrische Energiedichte.252
10.2 Die magnetischen Feldgrößen .253
10.2.1 Die magnetische Induktion .253
10.2.2 Die magnetische Feldstärke.254
10.2.3 Die magnetische Energiedichte.254
10.3 Die Maxwellschen Gleichungen.255
10.3.1 Das Induktionsgesetz .255
10.3.2 Das Durchflutungsgesetz .256
10.4 Maxwellsche Gleichungen, Differentialform.257
10.5 Der Poyntingsche Vektor .260
10.6 Bedingungen an Grenzflächen.261
10.6.1 Das elektrische Feld an der Grenzfläche zweier Dielektrika . .261
10.6.2 Das magnetische Feld an der Grenzfläche zweier Materialien
unterschiedlicher Permeabilität.263
10.7 Übungsaufgaben .264
11. Die ebene Welle.265
11.1 Die Wellengleichung der ebenen Welle.265
11.2 Die schwach gedämpfte ebene Welle.267
11.2.1 Ebene Welle im freien Raum.268
11.2.2 Ebene Welle in verlustfreien Materialien.269
11.2.3 Die Polarisation.271
11.2.4 Der Wellenvektor.273
11.3 Die stark gedämpfte ebene Welle.274
11.3.1 Idealer Leiter.277
11.3.2 Verlustleistung.277
Inhaltsverzeichnis
Xl
11.4 Übungsaufgaben .279
12. Geführte Wellen.281
12.1 Die ideale Bandleitung .281
12.1.1 Spannung, Strom und Wellenwiderstand.282
12.1.2 Dämpfung der Bandleitungswelle.283
12.2 Die Koaxialleitung.285
12.2.1 Felder und Wellenwiderstand der Koaxialleitung.286
12.2.2 Leiterdämpfung der Koaxialleitung.287
12.3 Allgemeine Eigenschaften von
12.4 Quasi TEM-Wellenleiter.291
12.4.1 Mikrostreifenleitung .291
12.4.2 Koplanarleitung.294
12.5 Hohlleiter .298
12.5.1 Rechteckhohlleiter und ebene Welle.299
12.5.2 Die Moden des Rechteckhohlleiters .303
12.6 Übungsaufgaben .317
13. Integrierte Mikrowellenschaltungen.319
13.1 Technologie.319
13.1.1 Das Substrat .319
13.1.2 Herstellungsverfahren.320
13.2 Diskontinuitäten der Mikrostreifenleitung.322
13.2.1 Leerlauf.323
13.2.2 Kurzschluss.325
13.2.3 Weitensprung.326
13.2.4 Weitere Diskontinuitäten .335
13.3 Passive Mikrostreifenleitungsschaltungen .339
13.3.1 Filter.339
13.3.2 Richtkoppler.346
13.3.3 Leistungsteiler .349
13.4 Übungsaufgaben .350
14. Antennen.353
14.1 Sende-Empfangssystem.353
14.1.1 Phänomenologisches Modell .353
14.1.2 Sende-Empfangssystem als Vierpol .356
14.2 Der Hertzsche Dipol .359
14.2.1 Das Fernfeld.36 1
14.2.2 Spiegelung an einer leitenden Ebene .363
14.3 Linearantennen .365
14.3.1 Richtcharakteristik von Stabantennen.366
14.3.2 Die
14.3.3 Ausgewählte Linearantennen.373
14.4 Aperturantennen.381
Xl
14.4.1
14.4.2
14.5 Übungsaufgaben .385
Α.
A.l Lösungen Übungsaufgaben Kapitel 2.389
A.2 Lösungen Übungsaufgaben Kapitel 3.392
A.3 Lösungen Übungsaufgaben Kapitel 4.394
A.4 Lösungen Übungsaufgaben Kapitel 5.395
A.5 Lösungen Übungsaufgaben Kapitel 6.396
A.6 Lösungen Übungsaufgaben Kapitel 7.398
A.7 Lösungen Übungsaufgaben Kapitel 8.400
A.8 Lösungen Übungsaufgaben Kapitel 9.402
A.9 Lösungen Übungsaufgaben Kapitel 10.404
A.10 Lösungen Übungsaufgaben Kapitel 11.406
A.l 1 Lösungen Übungsaufgaben Kapitel 12.408
A.l 2 Lösungen Übungsaufgaben Kapitel 13.409
A.13 Lösungen Übungsaufgaben Kapitel 14.411
Literatur .413
Index.417 |
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