Antennen und Strahlungsfelder: elektromagnetische Wellen auf Leitungen, im Freiraum und ihre Abstrahlung ; mit ... 84 Tabellen und 128 Übungsaufgaben
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Wiesbaden
Vieweg & Teubner
2011
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IMAGE 1
INHALTSVERZEICHNIS VII
INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG 1
1.1 FREQUENZBEREICHE 1
1.2 ELEKTROMAGNETISCHE GRUNDGROESSEN 2
1.3 ANTENNEN UND STRAHLUNGSFELDER IM UEBERBLICK 4
2 MATHEMATISCHE GRUNDLAGEN 8
2.1 VEKTORALGEBRA 8
2.1.1 SKALARPRODUKT 9
2.1.2 VEKTORPRODUKT 10
2.1.3 SPATPRODUKT 11
2.2 VEKTORANALYSIS 13
2.2.1 DIFFERENZIATION VON SKALAREN FELDERN 13
2.2.2 DIFFERENZIATION VON VEKTORFELDERN 16
2.2.3 RECHNEN MIT DEM NABLA-OPERATOR 20
2.2.4 INTEGRALSAETZE DER VEKTORANALYSIS 23
2.2.5 HELMHOLTZSCHES THEOREM 26
2.3 KOORDINATENSYSTEME 27
2.4 UEBUNGEN 29
3 GRUNDLAGEN DER ELEKTRODYNAMIK 30
3.1 ENERGIEERHALTUNGSSATZ 30
3.1.1 DARSTELLUNG IM ZEITBEREICH 30
3.1.2 DARSTELLUNG IM FREQUENZBEREICH 32
3.2 MAXWELLSCHE GLEICHUNGEN 33
3.2.1 GRUNDGLEICHUNGEN 33
3.2.2 EINTEILUNG DER ELEKTROMAGNETISCHEN FELDER 35
3.2.3 PRINZIP VON DER LADUNGSERHALTUNG 35
3.2.4 QUELLEN DER VEKTORFELDER 37
3.3 WELLENGLEICHUNG 39
3.4 HELMHOLTZ-GLEICHUNG 40
3.5 WELLENAUSBREITUNG IN ANISOTROPEN MEDIEN 42
3.6 RAND-UND STETIGKEITSBEDINGUNGEN 43
3.7 RELATIVITAETSPRINZIP 45
3.7.1 LORENTZ-TRANSFORMATION 46
3.7.2 FELD EINER GLEICHFOERMIG BEWEGTEN LADUNG 51
3.8 STRAHLUNG BESCHLEUNIGTER ELEKTRONEN 53
3.8.1 STRAHLUNGSLEISTUNG 55
3.8.2 LINEAR BESCHLEUNIGTE PUNKTLADUNG 56
3.8.3 KREISFOERMIG BESCHLEUNIGTE PUNKTLADUNG 57
3.9 UEBUNGEN 58
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN HTTP://D-NB.INFO/1018133097
DIGITALISIERT DURCH
IMAGE 2
VIII INHALTSVERZEICHNIS
4 EBENE WELLEN 59
4.1 EBENE WELLEN IM DIELEKTRIKUM 59
4.1.1 LOESUNG DER HELMHOLTZ-GLEICHUNG 59
4.1.2 GESCHWINDIGKEITSDEFMITIONEN 63
4.2 EBENE WELLEN IM LEITER 68
4.3 EBENE WELLEN IM SUPRALEITER 73
4.3.1 LONDONSCHE GLEICHUNGEN 74
4.3.2 TELEGRAFEN-UND HELMHOLTZ-GLEICHUNG 75
4.4 LEISTUNGSTRANSPORT 79
4.5 UEBUNGEN 81
5 AUSBREITUNGSEFFEKTE 82
5.1 POLARISATION 82
5.2 SENKRECHTER EINFALL AUF EINE EBENE TRENNFLAECHE 86
5.2.1 REFLEXIONS- UND DURCHLASSFAKTOREN 87
5.2.2 STEHENDE WELLEN 90
5.2.3 LEISTUNGSTRANSPORT 93
5.2.4 STRAHLUNGSDRUCK 94
5.3 RADARREFLEXION AN BEWEGTEN OBJEKTEN 95
5.3.1 GLEICHFOERMIG BEWEGTER EBENER METALLSPIEGEL 95
5.3.2 DOPPLER-EFFEKT UND ABERRATION 97
5.4 SCHIEFER EINFALL AUF EINE EBENE TRENNFLAECHE 100
5.4.1 BRECHUNGSGESETZ 100
5.4.2 FRESNELSCHE FORMELN 104
5.4.3 TOTALTRANSMISSION 108
5.4.4 TOTALREFLEXION 114
5.5 EBENES DREI- UND VIERSCHICHTENPROBLEM 117
5.6 BEUGUNG AN EINER METALLISCHEN SCHIRMKANTE 120
5.7 UEBUNGEN 122
6 WELLENLEITER 123
6.1 SCHWINGUNGSFORMEN IN HOHLLEITERN 124
6.2 RECHTECKHOHLLEITER 128
6.2.1 EIGENWELLEN 128
6.2.2 HOHLLEITERSCHALTUNGEN UND ORTHOGONALENTWICKLUNG 137
6.3 RUNDHOHLLEITER 142
6.3.1 EIGENWELLEN 142
6.3.2 FELDBILDER 147
6.4 BESONDERE HOHLLEITERTYPEN 148
6.5 HOHLRAUMRESONATOREN 151
6.6 KOAXIALLEITUNG 152
6.6.1 GRUNDWELLE 152
6.6.2 HOEHERE WELLENTYPEN 154
6.7 UEBUNGEN 157
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS
7 GRUNDBEGRIFFE DER ANTENNENTECHNIK 158
7.1 ISOTROPER STRAHLER 158
7.2 HERTZSCHER DIPOL ALS ELEKTRISCHER ELEMENTARSTRAHLER 158
7.3 KENNGROESSEN VON ANTENNEN 160
7.3.1 RICHTDIAGRAMM 160
7.3.2 RICHTFAKTOR UND GEWINN 165
7.3.3 AEQUIVALENTER RAUMWINKEL 167
7.3.4 ANTENNENWIRKFLAECHE 169
7.3.5 POLARISATION 173
7.4 UEBUNGEN 175
8 GRUNDBEGRIFFE VON STRAHLUNGSFELDERN 176
8.1 GRUNDGLEICHUNGEN 176
8.2 POTENZIALLOESUNG DER FELDGLEICHUNGEN 178
8.2.1 MAGNETISCHES VEKTORPOTENZIAL 179
8.2.2 ELEKTRISCHES VEKTORPOTENZIAL 185
8.2.3 DARSTELLUNG DER FELDSTAERKEN 186
8.3 FERNFELDNAEHERUNGEN 189
8.3.1 FRESNEL-NAEHERUNG 191
8.3.2 FRAUNHOFER-NAEHERUNG 192
8.3.3 FERNFELDABSTAND UND ANTENNENGEWINN 195
8.3.4 FERNFELDER UND FOURIER-TRANSFORMATION 197
8.4 AUSSTRAHLUNGSBEDINGUNG 200
8.5 KANTENBEDINGUNG 201
8.6 HUYGENSSCHES PRINZIP 203
8.6.1 VEKTORIELLE FORMULIERUNG 203
8.6.2 SKALARE FORMULIERUNG 206
8.7 KOPOLARISATION UND KREUZPOLARISATION 211
8.8 UEBUNGEN 214
9 ELEMENTARDIPOLE UND RAHMENANTENNEN 215
9.1 ELEKTRISCHER ELEMENTARSTRAHLER 215
9.1.1 STRAHLUNGSFELDER 216
9.1.2 WELLENGESCHWINDIGKEITEN UND NAHFELDABLOESUNG 223
9.2 MAGNETISCHER ELEMENTARSTRAHLER 227
9.3 KREISFOERMIGE RAHMENANTENNE BELIEBIGEN UMFANGS 229
9.3.1 VEKTORPOTENZIAL EINES KREISFOERMIGEN RINGSTROMS 230
9.3.2 KREISFOERMIGE RAHMENANTENNE MIT UMFANG U= NX 0 233
9.3.3 ERWEITERUNG AUF BELIEBIGEN UMFANG 235
9.4 UEBUNGEN 241
IMAGE 4
INHALTSVERZEICHNIS
10 LINEARE ANTENNEN 242
10.1 ZYLINDERANTENNE 243
10.2 DUENNE LINEARANTENNE 244
10.2.1 STRAHLUNGSFELDER 244
10.2.2 WANDERWELLENANTENNE (LANGDRAHTANTENNE) 253
10.2.3 STRAHLUNGSWIDERSTAND 256
10.2.4 VERKUERZUNGSFAKTOR 263
10.2.5 RICHTFAKTOR UND GEWINN 266
10.3 UEBUNGEN 269
11 GRUPPENANTENNEN 270
11.1 GRUPPENFAKTOR BEI RAEUMLICHER ANORDNUNG 272
11.2 LINEARE GRUPPEN 273
11.2.1 GRUPPENCHARAKTERISTIK 273
11.2.2 QUERSTRAHLER 278
11.2.3 LAENGSSTRAHLER 280
11.2.4 RICHTFAKTOR LINEARER GRUPPEN 284
11.2.5 KREUZDIPOL 287
11.2.6 YAGI-UDA-ANTENNE 288
11.2.7 PHASENGESTEUERTE GRUPPENANTENNEN 290
11.2.8 INHOMOGENE AMPLITUDENBELEGUNG 292
11.2.9 VERDUENNTE GRUPPEN 296
11.3 EBENE GRUPPEN 299
11.4 ANTENNEN UEBER ERDE 300
11.5 STRAHLUNGSKOPPLUNG IN EBENEN DIPOLGRUPPEN 307
11.6 UEBUNGEN 309
12 BREITBANDANTENNEN 310
12.1 DOPPELKONUSANTENNE 310
12.1.1 UNENDLICH LANGE SYMMETRISCHE DOPPELKONUSLEITUNG 311 12.1.2
SYMMETRISCHE DOPPELKONUSANTENNE ENDLICHER LAENGE 312 12.1.3
NAEHERUNGSLOESUNG BEI KLEINEM REFLEXIONSFAKTOR 319
12.1.4 DOPPELKONUSANTENNE MIT OPTIMIERTEM GEWINN 324
12.2 LOGARITHMISCH-PERIODISCHE ANTENNE 325
12.3 SPIRAL-UND FRAKTALANTENNEN 329
12.4 UEBUNGEN , 331
13 APERTURSTRAHLER I (HOHLLEITERANTENNEN) 332
13.1 PRINZIPIEN DER APERTURSTRAHLER 332
13.2 EBENE APERTUR IM FREIEN RAUM (CHU-MODELL) 334
13.3 EBENE APERTUR IM UNENDLICHEN EBENEN SCHIRM (E-FELD-MODELL) 340
13.3.1 HOHLLEITERSTRAHLER 341
13.3.2 RICHTFAKTOR UND FLAECHENWIRKUNGSGRAD 346
13.4 UEBUNGEN 348
IMAGE 5
INHALTSVERZEICHNIS XI
14 APERTURSTRAHLER II (HORNANTENNEN) 349
14.1 BAUFORMEN 349
14.2 SEKTORHORN 349
14.3 PYRAMIDENHORN 353
14.4 KEGELHORN UND RILLENHORN 359
14.4.1 PHASENFEHLER IN DER EBENEN HORNAPERTUR 359
14.4.2 BERECHNUNGSVERFAHREN 360
14.4.3 OPTIMALE BAUWEISE 363
14.5 UEBUNGEN 365
15 APERTURSTRAHLER III (LINSENANTENNEN) 366
15.1 KONVEXE VERZOEGERUNGSLINSE 366
15.2 APERTURLINSE IM OPTIMALEN KEGELHORN 369
15.2.1 EINFLUSS DES LINSENMATERIALS 370
15.2.2 BERECHNUNGSBEISPIEL 372
15.3 KONKAVE BESCHLEUNIGUNGSLINSE 374
15.4 LUNEBURG-LINSE 375
15.5 UEBUNGEN 376
16 APERTURSTRAHLER IV (REFLEKTORANTENNEN) 377
16.1 BAUFORMEN 377
16.2 MEHRSPIEGELANTENNEN 380
16.3 ENTWURF EINER CASSEGRAIN-ANTENNE 381
16.4 GEWINNVERLUST DURCH APERTURABSCHATTUNG 385
16.5 GEWINNVERLUST DURCH FEHLER DER OBERFLAECHENKONTUR 386
16.6 GEWINNVERLUST DURCH INHOMOGENE AMPLITUDENBELEGUNG 390 16.7 UEBUNGEN
393
17 SPEZIELLE ANTENNENFORMEN 394
17.1 STREIFENLEIRUNGSANTENNE 394
17.1.1 GRUNDLEGENDE ENTWURFSRICHTLINIEN 394
17.1.2 CAVITY-MODELL FUER EIN PATCH MIT ABGESCHNITTENEM SUBSTRAT (FALL )
399 17.1.3 GRUNDPLATTE UND SUBSTRAT MIT UNENDLICHER AUSDEHNUNG (FALL
+(D) 401 17.1.4 NUMERISCHE ERGEBNISSE 403
17.1.5 STRAHLUNGSLEISTUNG, STRAHLUNGSLEITWERTE UND RICHTFAKTOR IM FALL
404 17.1.6 GRUPPENANTENNEN IN STREIFENLEITUNGSTECHNIK 406
17.2 SCHLITZANTENNE 408
17.3 WENDEL-ODER HELIXANTENNE 412
17.4 DIELEKTRISCHE OBERFLAECHENWELLENANTENNE 416
17.5 UEBUNGEN 418
IMAGE 6
XII INHALTSVERZEICHNIS
ANHANG 419
A MATHEMATISCHE FORMELN 419
A.L KONSTANTEN 419
A.2 TRIGONOMETRISCHE BEZIEHUNGEN 419
A.3 REIHENENTWICKLUNGEN FUER KLEINE ARGUMENTE 419
A.4 ASYMPTOTISCHE DARSTELLUNGEN FUER GROSSE ARGUMENTE 420
A.5 BEZIEHUNGEN ZWISCHEN BESSELFUNKTIONEN 420
A.6 NUETZLICHE INTEGRALE 420
A.7 LOMMELSCHE FUNKTIONEN MIT EINEM INDEX UND ZWEI ARGUMENTEN 421 A.8
KRUMMLINIGE ORTHOGONALE KOORDINATENSYSTEME 422
B ELEKTROTECHNISCHE FORMELN 423
B.L ABKUERZUNGEN 423
B.2 GRUNDGLEICHUNGEN 423
B.3 VEKTORPOTENZIALE 423
B.4 FELDGROESSEN 423
B.5 VERSCHIEDENES 423
C FORMELN ZUM ANTENNENDESIGN 424
C.L SCHLANKE DIPOLANTENNEN IM FREIRAUM MIT MITTELPUNKTSPEISUNG 424 C.2
GRUPPENCHARAKTERISTIK LINEARER ANTENNENGRUPPEN 424
C.3 STRAHLUNG EINER LINEAREN BELEGUNG BZW. EINER RECHTECKAPERTUR 425 C.4
STRAHLUNG EINER KREISAPERTUR 425
C.5 AUSBREITUNGSKONSTANTEN VON HOHLLEITERWELLEN 425
C.6 HORNSTRAHLER MIT MAXIMALGEWINN BEI FESTER BAULAENGE 426
C.7 BEAM EFFICIENCY UND PATTERN FACTOR ELEKTRISCH GROSSER ANTENNEN 426
D EIGENSCHAFTEN AUSGEWAEHLTER MATERIALIEN 427
C.L RELATIVE PERMITTIVITAET UND VERLUSTFAKTOR (BEI 300 K UND 3 GHZ) 427
C.2 ELEKTRISCHE LEITFAEHIGKEIT VON METALLEN (BEI 300 K) 427
ENGLISCHE UEBERSETZUNGEN WICHTIGER FACHBEGRIFFE 428
LITERATURVERZEICHNIS 430
SACHWORTVERZEICHNIS 439
PERSONENVERZEICHNIS 446 |
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