Antennen und Strahlungsfelder: Elektromagnetische Wellen auf Leitungen, im Freiraum und ihre Abstrahlung
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Wiesbaden
Springer Vieweg
2014
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| Ausgabe: | 5., aktualisierte u. überarb. Aufl. |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XX, 508 S. Ill., graph. Darst. 240 mm x 168 mm |
| ISBN: | 365803615X 9783658036157 |
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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
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VLII INHALTSVERZEICHNIS
4 EBENE WELLEN 59
4.1 EBENE WELLEN IM DIELEKTRIKUM 59
4.1.1 LOESUNG DER HELMHOLTZ-GLEICHUNG 59
4.1.2 GESCHWINDIGKEITSDEFINITIONEN 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 SPANNUNGS- UND STROMWELLEN AUF TEM-LEITUNGEN 157
6.8 UEBUNGEN 160
INHALTSVERZEICHNIS IX
7 GRUNDBEGRIFFE DER ANTENNENTECHNIK 161
7.1 ISOTROPER STRAHLER 161
7.2 HERTZSCHER DIPOL ALS ELEKTRISCHER ELEMENTARSTRAHLER 161
7.3 KENNGROESSEN VON ANTENNEN 163
7.3.1 RICHTDIAGRAMM 163
7.3.2 RICHTFAKTOR UND GEWINN 168
7.3.3 AEQUIVALENTER RAUMWINKEL 170
7.3.4 ANTENNENWIRKFLAECHE 172
7.3.5 POLARISATION 176
7.4 UEBUNGEN 178
8 GRUNDBEGRIFFE VON STRAHLUNGSFELDERN 179
8.1 GRUNDGLEICHUNGEN 179
8.2 POTENZIALLOESUNG DER FELDGLEICHUNGEN 181
8.2.1 MAGNETISCHES VEKTORPOTENZIAL 182
8.2.2 ELEKTRISCHES VEKTORPOTENZIAL 188
8.2.3 DARSTELLUNG DER
FELDSTARKEN 189
8.3 FERNFELDNAEHERUNGEN 192
8.3.1 FRESNEL-NAEHERUNG 194
8.3.2 FRAUNHOFER-NAEHERUNG 195
8.3.3 FERNFELDABSTAND UND ANTENNENGEWINN 198
8.3.4 FERNFELDER UND FOURIER-TRANSFORMATION 200
8.4 AUSSTRAHLUNGSBEDINGUNG 203
8.5 KANTENBEDINGUNG 204
8.6 HUYGENSSCHES PRINZIP 206
8.6.1 VEKTORIELLE FORMULIERUNG 206
8.6.2 SKALARE FORMULIERUNG 209
8.7 KOPOLARISATION UND KREUZPOLARISATION 215
8.8 UEBUNGEN 218
9 ELEMENTARDIPOLE UND RAHMENANTENNEN 219
9.1 ELEKTRISCHER ELEMENTARSTRAHLER 219
9.1.1 STRAHLUNGSFELDER 220
9.1.2 WELLENGESCHWINDIGKEITEN UND NAHFELDABLOESUNG 227
9.2 MAGNETISCHER ELEMENTARSTRAHLER 231
9.3 KREISFOERMIGE RAHMENANTENNE BELIEBIGEN UMFANGS 233
9.3.1 VEKTORPOTENZIAL EINES KREISFOERMIGEN RINGSTROMS 234
9.3.2 KREISFOERMIGE RAHMENANTENNE MIT UMFANG
U =
N
'KO
237
9.3.3 ERWEITERUNG AUF BELIEBIGEN UMFANG 239
9.4 UEBUNGEN 245
X INHALTSVERZEICHNIS
10 LINEARE ANTENNEN 246
10.1 ZYLINDERANTENNE 247
10.2 DUENNE LINEARANTENNE 248
10.2.1 STRAHLUNGSFELDER 248
10.2.2 WANDERWELLENANTENNE (LANGDRAHTANTENNE) 257
10.2.3 STRAHLUNGSWIDERSTAND 260
10.2.4 VERKUERZUNGSFAKTOR 267
10.2.5 RICHTFAKTOR UND GEWINN 270
10.3 UEBUNGEN 273
11 GRUPPENANTENNEN 274
11.1 GRUPPENFAKTOR BEI RAEUMLICHER ANORDNUNG 276
11.2 LINEARE GRUPPEN 277
11.2.1 GRUPPENCHARAKTERISTIK 277
11.2.2 QUERSTRAHLER 282
11.2.3 LAENGSSTRAHLER 284
11.2.4 RICHTFAKTOR LINEARER GRUPPEN 288
11.2.5 KREUZDIPOL 291
11.2.6 YAGI-UDA-ANTENNE 292
11.2.7 PHASENGESTEUERTE GRUPPENANTENNEN 294
11.2.8 INHOMOGENE AMPLITUDENBELEGUNG 296
11.2.9 VERDUENNTE GRUPPEN 300
11.3 EBENE GRUPPEN 303
11.4 ANTENNEN UEBER ERDE 304
11.5 STRAHLUNGSKOPPLUNG IN EBENEN DIPOLGRUPPEN 311
11.6 UEBUNGEN 313
12 BREITBANDANTENNEN 314
12.1 DOPPELKONUSANTENNE 314
12.1.1 UNENDLICH LANGE SYMMETRISCHE DOPPELKONUSLEITUNG 315
12.1.2 SYMMETRISCHE DOPPELKONUSANTENNE ENDLICHER LAENGE 316
12.1.3 NAEHERUNGSLOESUNG BEI KLEINEM REFLEXIONSFAKTOR 323
12.1.4 DOPPELKONUSANTENNE MIT OPTIMIERTEM GEWINN 328
12.2 LOGARITHMISCH-PERIODISCHE ANTENNE 329
12.3 SPIRAL- UND FRAKTALANTENNEN 333
12.4 UEBUNGEN 335
13 APERTURSTRAHLER I (HOHLLEITERANTENNEN) 336
13.1 PRINZIPIEN DER APERTURSTRAHLER 336
13.2 EBENE APERTUR IM FREIEN RAUM (CHU-MODELL) 338
13.3 EBENE APERTUR IM UNENDLICHEN EBENEN SCHIRM (E-FELD-MODELL) 345
13.3.1 HOHLLEITERSTRAHLER 346
13.3.2 RICHTFAKTOR UND FLAECHENWIRKUNGSGRAD 351
13.4 UEBUNGEN 353
INHALTSVERZEICHNIS XI
14 APERTURSTRAHLER II (HORNANTENNEN) 354
14.1 BAUFORMEN 354
14.2 SEKTORHORN 354
14.3 GUELTIGKEITSGRENZEN DER QUADRATISCHEN NAEHERUNG 358
14.4 PYRAMIDENHORN 359
14.4.1 DIREKTIVITAET UND FLAECHENWIRKUNGSGRAD 359
14.4.2 APERTURABMESSUNGEN 363
14.4.3 BREITE DER HAUPTKEULE 363
14.4.4 BERECHNUNGSBEISPIELE 365
14.5 KEGELHORN UND RILLENHORN 367
14.5.1 PHASENFEHLER IN DER EBENEN HORNAPERTUR 367
14.5.2 APERTURBELEGUNG IM KEGELHORN 368
14.5.3 WANDIMPEDANZ-MODELL DES RILLENHORNS 368
14.5.4 APERTURBELEGUNG IM RILLENHORN 370
14.5.5 INTEGRATION DER APERTURFELDER DES RILLENHORNS 370
14.5.6 KEULENBREITEN DES RILLENHORNS 372
14.5.7 DIREKTIVITAET VON RILLENHORN UND KEGELHORN 375
14.5.8 OPTIMALE BAUWEISE 376
14.6 SKALARHORN 378
14.7 UEBUNGEN 383
15 APERTURSTRAHLER HI (LINSENANTENNEN) 384
15.1 KONVEXE VERZOEGERUNGSLINSE .384
15.2 APERTURLINSE IM OPTIMALEN KEGELHORN 387
15.2.1 EINFLUSS DES LINSENMATERIALS 388
15.2.2 BERECHNUNGSBEISPIEL 390
15.3 KONKAVE BESCHLEUNIGUNGSLINSE 392
15.4 LUNEBURG-LINSE 393
15.5 UEBUNGEN 394
16 APERTURSTRAHLER IV (REFLEKTORANTENNEN) 395
16.1 BAUFORMEN 395
16.2 ROTATIONSPARABOLOID MIT DIREKTER SPEISUNG 398
16.3 MEHRSPIEGELANTENNEN 399
16.4 ENTWURF EINER CASSEGRAIN-ANTENNE 400
16.5 GEWINNVERLUST DURCH APERTURABSCHATTUNG 404
16.6 GEWINNVERLUST DURCH FEHLER DER OBERFLAECHENKONTUR 405
16.7 GEWINNVERLUST DURCH INHOMOGENE AMPLITUDENBELEGUNG 409
16.8 UEBUNGEN 412
XII
INHALTSVERZEICHNIS
17 APERTURSTRAHLER V (SCHWARZER STRAHLER) 413
17.1 SCHWARZKOERPERSTRAHLUNG UND DAS PLANCKSCHE STRAHLUNGSGESETZ 413
17.2 DAS WIENSCHE VERSCHIEBUNGSGESETZ 417
17.3 DAS STEFAN-BOLTZMANN-GESETZ 418
17.4 DIE.
SPEKTRALE VERTEILUNG DER PLANCKSCHEN STRAHLUNGSFUNKTION 419
17.4.1 DARSTELLUNG MIT NORMIERTEM ARGUMENT 419
17.4.2 QUANTILE DER PLANCKSCHEN STRAHLUNGSFUNKTION 420
17.4.3 UNIVERSELLE STRAHLUNGSKURVEN 421
17.5 RADIOMETRISCHE UND PHOTOMETRISCHE GROESSEN 423
17.6 DIE SOLARKONSTANTE 428
17.7 ANWENDUNGEN IN DER PHOTOVOLTAIK 429
17.8 UEBUNGEN 430
18 STREIFENLEITUNGSANTENNEN 431
18.1 GRUNDLEGENDE ENTWURFSRICHTLINIEN 431
18.1.1 BAUFORMEN UND EINSPEISUNG 431
18.1.2 MIKROSTREIFENLEITUNGEN UND
RECHTECKIGE PATCH-ELEMENTE 432
18.2 PARASITAERE OBERFLAECHENWELLEN AUF EINLAGIGEN
SUBSTRATEN 437
18.2.1 EIGENWERTGLEICHUNGEN UND GRENZFREQUENZEN 437
18.2.2 SYNCHRONE VERKOPPLUNG 441
18.2.3 FELDBILDER 442
18.3 PARASITAERE OBERFLAECHENWELLEN AUF ZWEITAEGIGEN SUBSTRATEN 443
18.4 LEISTUNGSBETRACHTUNGEN 444
18.4.1 LEISTUNG DER RAUMWELLE 444
18.4.2 LEISTUNG DER
TMO
-OBERFLAECHENWELLE 446
18.4.3 STRAHLUNGSWIRKUNGSGRAD 447
18.5 BANDBREITE 448
18.6 ANALYSE MIT HILFE DES CAVITY-MODELLS 450
18.6.1 PATCH MIT ABGESCHNITTENEM SUBSTRAT (FALL ) 450
18.6.2 GRUNDPLATTE UND SUBSTRAT MIT UNENDLICHER AUSDEHNUNG (FAELLE +(D)
453
18.6.3 KOPOLARE UND KREUZPOLARE ABSTRAHLUNG IN DEN FAELLEN 0 UND (D 454
18.6.4 WEITERE NUMERISCHE ERGEBNISSE 456
18.6.5 STRAHLUNGSLEISTUNG, STRAHLUNGSLEITWERTE UND RICHTFAKTOR IM FALL
457
18.7 GRUPPENANTENNEN IN STREIFENLEITUNGSTECHNIK 459
18.8 UEBUNGEN 461
19 SPEZIELLE ANTENNENFORMEN 462
19.1 SCHLITZANTENNE 462
19.2 WENDEL- ODER HELIXANTENNE
.^. 466
19.3 DIELEKTRISCHE OBERFLAECHENWELLENANTENNE 470
19.4 UEBUNGEN 473
INHALTSVERZEICHNIS XIII
ANHANG 474
A MATHEMATISCHE FORMELN 474
A.L KONSTANTEN 474
A.2 TRIGONOMETRISCHE BEZIEHUNGEN 474
A.3 REIHENENTWICKLUNGEN FUER KLEINE ARGUMENTE 474
A.4 ASYMPTOTISCHE DARSTELLUNGEN FUER GROSSE ARGUMENTE 475
A.5 BEZIEHUNGEN ZWISCHEN BESSELFUNKTIONEN 475
A.6 NUETZLICHE INTEGRALE 475
A.7 LOMMELSCHE FUNKTIONEN MIT EINEM
INDEX UND ZWEI ARGUMENTEN 476
A.8 KRUMMLINIGE ORTHOGONALE KOORDINATENSYSTEME 477
B ELEKTROTECHNISCHE FORMELN 478
B.L ABKUERZUNGEN 478
B.2 GRUNDGLEICHUNGEN 478
B.3 VEKTORPOTENZIALE 478
B.4 FELDGROESSEN 478
B.5 VERSCHIEDENES 478
C FORMELN ZUM ANTENNENDESIGN 479
C.L SCHLANKE DIPOLANTENNEN IM FREIRAUM MIT
MITTELPUNKTSPEISUNG 479
C.2 GRUPPENCHARAKTERISTIK LINEARER ANTENNENGRUPPEN 479
C.3 STRAHLUNG EINER LINEAREN BELEGUNG BZW. EINER RECHTECKAPERTUR 480
C.4 STRAHLUNG EINER
KREISAPERTUR 480
C.5 AUSBREITUNGSKONSTANTEN VON
HOHLLEITERWELLEN 480
C.6 HORNSTRAHLER MIT MAXIMALGEWINN BEI FESTER BAULAENGE 481
C.7 BEAM EFFICIENCY UND PATTERN FACTOR ELEKTRISCH GROSSER ANTENNEN 481
D EIGENSCHAFTEN AUSGEWAEHLTER MATERIALIEN 482
D.L RELATIVE PERMITTIVITAET UND VERLUSTFAKTOR (BEI 300 K UND 3 GHZ) 482
D.2 ELEKTRISCHE LEITFAEHIGKEIT VON METALLEN
(BEI 300 K) 482
E STREUPARAMETER 483
E.L STREUMATRIX 483
E.2 REFLEXION, TRANSMISSION UND WELLIGKEIT 484
ENGLISCHE UEBERSETZUNGEN WICHTIGER FACHBEGRIFFE 485
LITERATURVERZEICHNIS 488
SACHWORTVERZEICHNIS 500
PERSONENVERZEICHNIS 508 |
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