Verfügbarkeit: Hochfrequenztechnik

Hochfrequenztechnik: Grundlagen der mobilen Kommunikationstechnik

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser:	Gustrau, Frank 1967- (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	München Hanser [2024]
Ausgabe:	4., aktualisierte und erweiterte Auflage
Schlagworte:	Mobile Telekommunikation Hochfrequenztechnik 5g buch drahtlose industrielle kommunikation drahtlose kommunikation drahtlose kommunikationsart drahtlose kommunikationstechnik hochfrequenzanwendungen hochfrequenztechnik anwendungen hochfrequenztechnik buch kommunikationstechnik kommunikationstechnik buch mobilfunknetz FBETKOMT: Kommunikationstechnik FBLEHR: Lehrbuch ELEK2023 Lehrbuch
Online-Zugang:	Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	370 Seiten Illustrationen, Diagramme 24 cm
ISBN:	9783446476851 3446476857

Internformat

MARC


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Datensatz im Suchindex

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adam_text	INHALT Q EINLEITUNG ........................................................................................... 15 1.1 HOCHFREQUENZANWENDUNGEN ..................................................................................... 15 1.2 FREQUENZBEREICHE ....................................................................................................... 18 1.3 HOCHFREQUENZTECHNISCHE ERSCHEINUNGEN .................................................................. 19 1.3.1 ELEKTRISCH KURZE LEITUNGEN ............................................................................... 20 1.3.2 LEITUNGEN MIT EINER LAENGE IN DER GROESSENORDNUNG DER WELLENLAENGE ........ 22 1.3.3 ANTENNEN UND ABSTRAHLUNG ELEKTROMAGNETISCHER WELLEN .............................. 22 1.4 AUSBLICK AUF DIE FOLGENDEN KAPITEL ............................................................................ 23 Q ELEKTROMAGNETISCHE FELDER UND WELLEN ........................................... 25 2.1 PHYSIKALISCHE UND MATHEMATISCHE GRUNDLAGEN ........................................................ 25 2.1.1 ELEKTROSTATISCHE FELDGROESSEN ............................................................................ 25 2.1.1.1 ELEKTRISCHE FELDSTAERKE UND SPANNUNG ................................................ 25 2.1.1.2 POLARISATION UND RELATIVE DIELEKTRIZITAETSZAHL ..................................... 29 2.1.1.3 VERHALTEN BEI WECHSELSTROM ................................................................ 30 2.1.1.4 DIELEKTRISCHE VERSCHIEBUNGSDICHTE .................................................... 31 2.1.1.5 ELEKTRISCHE FELDENERGIE UND KAPAZITAET ............................................... 31 2.1.2 STATIONAERE ELEKTRISCHE STROEMUNGSFELDER UND MAGNETISCHE FELDER ........... 32 2.1.2.1 STROMDICHTE, LEISTUNGSDICHTE UND WIDERSTAND ................................. 32 2.1.2.2 MAGNETISCHE FELDSTAERKE UND MAGNETISCHES VEKTORPOTENTIAL ........ 34 2.1.2.3 MAGNETISCHE FELDENERGIE UND INDUKTIVITAET ........................................ 36 2.1.2.4 LORENTZ-KRAFT ....................................................................................... 36 2.1.3 VEKTORANALYTISCHE OPERATOREN ........................................................................ 37 2.1.3.1 DIVERGENZ ............................................................................................ 37 2.1.3.2 ROTATION ................................................. 37 2.2 MAXWELL SCHE GLEICHUNGEN ......................................................................................... 38 2.2.1 DIFFERENTIALFORM FUER ALLGEMEINE ZEITABHAENGIGKEIT ........................................ 38 2.2.2 DIFFERENTIALFORM FUER HARMONISCHE ZEITABHAENGIGKEIT ..................................... 39 2.2.3 INTEGRALFORM .................................................................................................... 40 2.2.4 MATERIALGLEICHUNGEN ....................................................................................... 42 2.2.5 VERHALTEN AN MATERIALGRENZEN ....................................................................... 44 8 INHALT 2.3 EINTEILUNG ELEKTROMAGNETISCHER FELDPROBLEME ........................................................ 46 2.3.1 STATISCHE FELDER ................................................................................................. 46 2.3.2 QUASISTATISCHE FELDER ....................................................................................... 46 2.3.3 SCHNELL VERAENDERLICHE FELDER ............................................................................ 47 2.4 SKINEFFEKT ..................................................................................................................... 47 2.5 ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN ........................................................................................ 50 2.5.1 WELLENGLEICHUNG UND EBENE WELLEN ................................................................. 50 2.5.2 POLARISATION ........................................................................................................ 54 2.5.2.1 LINEARE POLARISATION ............................................................................ 55 2.5.2.2 ZIRKULARE POLARISATION ........................................................................... 55 2.5.2.3 ELLIPTISCHE POLARISATION ........................................................................ 55 2.5.3 REFLEXION UND BRECHUNG AN EBENEN GRENZFLAECHEN .......................................... 56 2.5.3.1 SENKRECHTER EINFALL ............................................................................... 57 2.5.3.2 SCHRAEGER EINFALL .................................................................................... 59 2.5.4 KUGELWELLEN ........................................................................................................ 64 2.6 ZUSAMMENFASSUNG ...................................................................................................... 65 2.7 UEBUNGSAUFGABEN ........................................................................................................ 66 D LEITUNGSTHEORIE UND SIGNALE AUF LEITUNGEN .................................... 68 3.1 LEITUNGSTHEORIE ........................................................................................................... 68 3.1.1 ERSATZSCHALTBILD EINES KURZEN LEITUNGSSTUECKS ................................................ 68 3.1.2 TELEGRAPHENGLEICHUNG ...................................................................................... 70 3.1.3 SPANNUNGS UND STROMWELLEN AUF LEITUNGEN .................................................. 72 3.1.4 EINSEITIG ABGESCHLOSSENE LEITUNG .................................................................... 75 3.1.5 EINGANGSIMPEDANZ EINER ABGESCHLOSSENEN LEITUNG ....................................... 77 3.1.6 VERLUSTLOSE LEITUNGEN ....................................................................................... 79 3.1.7 LEITUNGEN MIT GERINGEN VERLUSTEN .................................................................... 81 3.1.8 VERSCHIEDENE LEITUNGSABSCHLUESSE EINER VERLUSTLOSEN LEITUNG ........................ 82 3.1.8.1 ANGEPASSTE LEITUNG ............................................................................. 83 3.1.8.2 KURZGESCHLOSSENE LEITUNG .................................................................. 84 3.1.8.3 LEERLAUFENDE LEITUNG ........................................................................... 86 3.1.8.4 ALLGEMEINER ABSCHLUSS ........................................................................ 88 3.1.9 VERLUSTLOSE LEITUNGEN ALS IMPEDANZTRANSFORMATOREN .................................... 89 3.1.9.1 DER VIERTELWELLENLAENGENTRANSFORMATOR .............................................. 89 3.1.9.2 DER HALBWELLENLAENGENTRANSFORMATOR .................................................. 89 3.1.10 REFLEXIONSFAKTOR EINER VERLUSTLOSEN LEITUNG ................................................... 90 3.1.11 SMITH-CHART-DIAGRAMM ................................................................................... 93 INHALT 9 3.2 ZEITSIGNALE AUFLEITUNGEN ............................................................................................ 98 3.2.1 SPRUNGFOERMIGE SIGNALE ...................................................................................... 98 3.2.1.1 ANGEPASSTE QUELLE UND ANGEPASSTER ABSCHLUSS ................................. 98 3.2.1.2 ANGEPASSTE QUELLE UND FEHLANGEPASSTER (RESISTIVER) ABSCHLUSS .... 100 3.2.1.3 ANGEPASSTE QUELLE UND FEHLANGEPASSTER (REAKTIVER) ABSCHLUSS .... 102 3.2.1.4 FEHLANPASSUNG AN QUELLE UND LAST ................................................... 104 3.2.2 RECHTECKFOERMIGE SIGNALE ................................................................................ 107 3.3 AUGENDIAGRAMM ........................................................................................................ 108 3.4 ZUSAMMENFASSUNG .................................................................................................... 111 3.5 UEBUNGSAUFGABEN ...................................................................................................... 112 Q WELLENLEITER ....................................................................................... 114 4.1 UEBERBLICK UEBER TECHNISCH BEDEUTSAME LEITUNGSTYPEN ........................................... 114 4.2 KOAXIALLEITUNGEN ........................................................................................................ 117 4.2.1 INDUKTIVITAETSBELAG UND LEITUNGSWELLENWIDERSTAND ...................................... 118 4.2.2 DAEMPFUNG BEI SCHWACHEN VERLUSTEN .............................................................. 120 4.2.2.1 METALLISCHE VERLUSTE .......................................................................... 120 4.2.2.2 DIELEKTRISCHE VERLUSTE ....................................................................... 121 4.2.3 NUTZBARER FREQUENZBEREICH ........................................................................... 122 4.2.4 ANWENDUNGSGEBIETE ........................................................................................ 124 4.3 PARALLELDRAHTLEITUNG .................................................................................................. 124 4.3.1 LEITUNGSWELLENWIDERSTAND ............................................................................ 124 4.3.2 ANWENDUNGSGEBIETE ....................................................................................... 125 4.4 MIKROSTREIFENLEITUNGEN (MICROSTRIP) ........................................................................ 126 4.4.1 WELLENWIDERSTAND UND EFFEKTIVE PERMITTIVITAETSZAHL ....................................... 126 4.4.2 DISPERSION UND NUTZBARER FREQUENZBEREICH ................................................. 129 4.4.3 ANWENDUNGSGEBIETE ....................................................................................... 130 4.5 STREIFENLEITUNG (STRIPLINE) ........................................................................................ 130 4.5.1 LEITUNGSWELLENWIDERSTAND ............................................................................ 131 4.5.2 NUTZBARER FREQUENZBEREICH ......................................................................... 131 4.5.3 ANWENDUNGSGEBIETE ....................................................................................... 132 4.6 RECHTECKHOHLLEITER ...................................................... 132 4.6.1 ALLGEMEINE UEBERLEGUNGEN ............................................................................. 133 4.6.2 DIE GRUNDWELLE .............................................................................................. 136 4.6.3 HOEHERE WELLENTYPEN ...................................................................................... 140 4.6.4 EINSATZGEBIETE VON HOHLLEITERN ..................................................................... 142 4.6.5 ANREGUNG VON HOHLLEITERWELLEN .................................................................... 142 4.6.6 HOHLRAUMRESONATOREN ................................................................................... 143 10 INHALT 4.7 SIW-LEITUNGEN (SUBSTRATE-INTEGRATED WAVEGUIDE) ................................................... 145 4.7.1 AUFBAU UND KENNGROESSEN ................................................................................ 146 4.7.2 LEITUNGSUEBERGANG MICROSTRIP-SIW ................................................................. 147 4.8 DREILEITERSYSTEME ........................................................................................................ 150 4.8.1 GLEICH-UND GEGENTAKTWELLEN ........................................................................ 150 4.8.2 LEITUNGSWELLENWIDERSTAENDE UND AUSBREITUNGSKONSTANTEN ......................... 152 4.8.3 LEITUNGSABSCHLUSS .......................................................................................... 155 4.9 UEBUNGSAUFGABEN ...................................................................................................... 155 YY STREUPARAMETER ................................................................................ 157 5.1 MEHRTORGLEICHUNGEN IN MATRIXFORM ......................................................................... 157 5.2 DEFINITION VON WELLENGROESSEN ................................................................................... 158 5.3 STREUPARAMETER UND LEISTUNG ................................................................................... 160 5.4 SPEZIELLE EIGENSCHAFTEN VON SCHALTUNGEN ............................................................... 163 5.4.1 ANPASSUNG ....................................................................................................... 163 5.4.2 LEISTUNGSANPASSUNG ........................................................................................ 164 5.4.3 REZIPROZITAET (UEBERTRAGUNGSSYMMETRIE) ....................................................... 165 5.4.4 SYMMETRIE ...................................................................................................... 166 5.4.5 VERLUSTLOSIGKEIT BEI PASSIVITAET ......................................................................... 166 5.4.6 RUECKWIRKUNGSFREIHEIT .................................................................................... 167 5.4.7 BESONDERE BEDINGUNGEN BEI DREITOREN .......................................................... 167 5.5 BERECHNUNG VON STREUMATRIZEN ............................................................................... 167 5.5.1 REFLEXIONSFAKTOREN .......................................................................................... 168 5.5.2 TRANSMISSIONSFAKTOREN ................................................................................... 168 5.5.3 UMNORMIERUNG EINER STREUMATRIX AUF ANDERE TORWIDERSTAENDE .................. 171 5.6 SIGNALFLUSSMETHODE .................................................................................................. 172 5.7 MESSUNG VON STREUPARAMETERN ................................................................................ 178 5.8 UEBUNGSAUFGABEN ...................................................................................................... 182 ( HOCHFREQUENZBAUELEMENTE UND -SCHALTUNGEN .............................. 185 6.1 KONZENTRIERTE BAUELEMENTE ..................................................................................... 185 6.1.1 WIDERSTAENDE ................................................................................................... 185 6.1.2 KONDENSATOREN ............................................................................................... 187 6.1.3 SPULEN ............................................................................................................. 189 6.2 LEITUNGSRESONATOREN ................................................................................................ 190 6.2.1 HALBWELLENLAENGENRESONATOR ........................................................................... 190 6.2.2 VIERTELWELLENLAENGENRESONATOR ...................................................................... 192 6.3 ANPASSSCHALTUNGEN ................................................................................................... 194 INHALT 11 6.3.1 LC-ANPASSNETZWERKE ....................................................................................... 194 6.3.2 ANPASSUNG MIT LEITUNGEN .............................................................................. 197 6.3.2.1 VIERTELWELLENLAENGENTRANSFORMATOR ................................................... 197 6.3.2.2 STICHLEITUNG UND BUTTERFLY-STUBS ....................................................... 198 6.4 FILTER MIT KONZENTRIERTEN BAUELEMENTEN ................................................................. 200 6.4.1 KLASSISCHER LC-FILTERENTWURF MIT INDUKTIVITAETEN UND KAPAZITAETEN ............. 201 6.4.2 ENTWURF VON BUTTERWORTH-FILTERN ................................................................... 203 6.4.2.1 FILTER MIT TIEFPASSVERHALTEN .............................................................. 203 6.4.2.2 FILTER MIT HOCHPASSVERHALTEN ........................................................... 206 6.4.2.3 FILTER MIT BANDPASSVERHALTEN ............................................................ 207 6.5 LEITUNGSFILTER ............................................................................................................. 210 6.5.1 SEITENGEKOPPELTE FILTER (EDGE-COUPLED-LINE-FILTER) ...................................... 211 6.5.2 SEITENGEKOPPELTE FILTER (HAIRPIN-FILTER) ........................................................ 215 6.5.3 STEPPED-IMPEDANCE-FILTER ............................................................................. 216 6.5.4 METALLISCH GESCHIRMTE FILTER (GEHAEUSERESONANZEN) ..................................... 217 6.5.5 HOHLLEITERFILTER ................................................................................................ 218 6.6 ZIRKULATOREN .............................................................................................................. 219 6.7 LEISTUNGSTEILER .......................................................................................................... 221 6.7.1 WILKINSON-LEISTUNGSTEILER .............................................................................. 221 6.7.2 LEISTUNGSTEILER MIT UNGLEICHER LEISTUNGSAUFTEILUNG ..................................... 222 6.8 BRANCHLINE-KOPPLER .................................................................................................. 225 6.8.1 KONVENTIONELLER SDB-KOPPLER .................................. 225 6.8.2 UNGLEICHE LEISTUNGSAUFTEILUNG UND IMPEDANZTRANSFORMATION ................... 225 6.9 RAT-RACE-KOPPLER ...........................................................................................................229 6.10 RICHTKOPPLER ............................................................................................................. 229 6.11 SYMMETRIERGLIEDER ..................................................................................................... 233 6.12 ELEKTRONISCHE SCHALTUNGEN ....................................................................................... 234 6.12.1 MISCHER ............................................................................................................ 236 6.12.2 VERSTAERKER UND OSZILLATOREN ........................................................................... 239 6.13 MODERNE HF-ENTWURFSWERKZEUGE ............................................................................ 240 6.13.1 HF-SCHALTUNGSSIMULATOREN ............................................................................. 240 6.13.2 ELEKTROMAGNETISCHE 3D-FELDSIMULATION ........................................................ 241 6.14 UEBUNGSAUFGABEN ...................................................................................................... 244 Q ANTENNEN .......................................................................................... 246 7.1 GRUNDBEGRIFFE UND KENNGROESSEN ............................................................................... 246 7.1.1 ANTENNEN ALS WELLENTYPWANDLER .................................................................... 246 7.1.2 NAHFELD UND FERNFELD ..................................................................................... 247 12 INHALT 7.1.3 ISOTROPER KUGELSTRAHLER ................................................................................... 248 7.1.4 KENNGROESSEN FUER DAS STRAHLUNGSFELD EINER ANTENNE ...................................... 249 7.1.5 ANPASSUNG UND BANDBREITE ............................................................................ 255 7.2 PRAKTISCHE ANTENNENBAUFORMEN .............................................................................. 256 7.3 MATHEMATISCHE BEHANDLUNG DES HERTZ SCHEN DIPOLS .............................................. 259 7.4 DRAHTANTENNEN ......................................................................................................... 263 7.4.1 HALBWELLENDIPOL ............................................................................................. 263 7.4.2 MONOPOL .......................................................................................................... 266 7.4.3 VERKUERZUNG VON MONOPOLANTENNEN ............................................................... 267 7.5 SCHLITZANTENNEN ........................................................................................................ 268 7.6 APERTURSTRAHLER UND HORNANTENNEN ........................................................................ 271 7.6.1 APERTURSTRAHLER ................................................................................................ 271 7.6.2 HORNANTENNEN ................................................................................................ 273 7.7 PLANARE ANTENNEN ..................................................................................................... 275 7.7.1 RECHTECKIGE PATCH-ANTENNE .......................................................................... 276 7.7.1.1 ABSTRAHLUNG EINES PATCH-ELEMENTES ................................................. 276 7.7.1.2 RESONANZFREQUENZ UND PATCH-ABMESSUNGEN .................................. 277 7.7.1.3 SPEISUNG VON PATCH-ANTENNEN .......................................................... 278 7.7.2 PATCH-ANTENNEN MIT ZIRKULARER POLARISATION ................................................. 281 7.7.3 PLANARE DIPOL UND INVERTED-F-ANTENNEN ..................................................... 283 7.8 GRUPPENANTENNEN ..................................................................................................... 285 7.8.1 EINZELCHARAKTERISTIK UND GRUPPENFAKTOR ....................................................... 285 7.8.2 PHASENGESTEUERTE ANTENNEN .......................................................................... 289 7.8.2.1 LINEARE ANORDNUNG DER ANTENNENELEMENTE ..................................... 289 7.8.2.2 FLAECHIGE ANORDNUNG DER ANTENNENELEMENTE .................................. 293 7.8.3 BEAMFORMING ................................................................................................... 295 7.9 WEITERE ANTENNENKONZEPTE ...................................................................................... 300 7.10 UEBUNGSAUFGABEN ....................................................................................................... 301 YY FUNKWELLEN ....................................................................................... 302 8.1 WELLENAUSBREITUNGSEFFEKTE ....................................................................................... 302 8.1.1 REFLEXION UND BRECHUNG ................................................................................ 302 8.1.2 ABSORPTION ...................................................................................................... 303 8.1.3 BEUGUNG .......................................................................................................... 304 8.1.4 STREUUNG ......................................................................................................... 305 8.2 EINFACHE AUSBREITUNGSSZENARIEN .............................................................................. 307 8.2.1 FREIRAUMAUSBREITUNG ..................................................................................... 307 8.2.2 DAEMPFUNG VON WELLEN IN LUFT ........................................................................ 309 INHALT 13 8.2.3 REFLEXION AN STREUZIELEN (RADARRUECKSTREUQUERSCHNITT) ............................... 310 8.2.4 DOPPLER-EFFEKT ............................................................................................... 319 8.2.5 AUSBREITUNG UEBER EBENEM GRUND (ZWEIWEGEAUSBREITUNG) ......................... 319 8.2.6 RICHTFUNKSTRECKEN ......................................................................................... 322 8.2.7 GESCHICHTETE MEDIEN ..................................................................................... 324 8.3 KOMPLEXE UMGEBUNGEN ........................................................................................... 327 8.3.1 MEHRWEGEAUSBREITUNG .................................................................................. 327 8.3.2 CLUTTER-FACTOR-MODELL .................................................................................... 329 8.3.3 OKUMURA-HATA-MODEL .................................................................................. 330 8.3.4 PHYSIKALISCHE MODELLE UND NUMERISCHE FELDBERECHNUNG .......................... 332 8.4 ZUSAMMENFASSUNG ................................................................................................... 334 8.5 UEBUNGSAUFGABEN ........................... 335 ANHANG .............................................................................................. 337 A.1 KOORDINATENSYSTEME ................................................................................................ 337 A.1.1 KARTESISCHES KOORDINATENSYSTEM .................................................................. 338 A.1.2 ZYLINDERKOORDINATENSYSTEM .......................................................................... 339 A.1.3 KUGELKOORDINATENSYSTEM .............................................................................. 340 A.2 KENNGROESSEN VON SCHWINGKREISEN ........................................................................... 341 A.2.1 SERIENSCHWINGKREIS ...................................................................................... 341 A.2.2 PARALLELSCHWINGKREIS ..................................................................................... 346 A.3 LOGARITHMISCHE DARSTELLUNG VON TECHNISCHEN GROESSEN .......................................... 351 A.3.1 DIMENSIONSLOSE GROESSEN ............................................................................... 351 A.3.2 RELATIVE UND ABSOLUTE PEGEL ........................................................................... 352 A.3.3 PEGELPLAN EINER UEBERTRAGUNGSSTRECKE ............................................................ 352 FORMELZEICHEN UND ABKUERZUNGEN ........................................................ 354 LITERATUR ................................................................................................... 359 INDEX ........................................................................................................ 364
adam_txt	INHALT Q EINLEITUNG . 15 1.1 HOCHFREQUENZANWENDUNGEN . 15 1.2 FREQUENZBEREICHE . 18 1.3 HOCHFREQUENZTECHNISCHE ERSCHEINUNGEN . 19 1.3.1 ELEKTRISCH KURZE LEITUNGEN . 20 1.3.2 LEITUNGEN MIT EINER LAENGE IN DER GROESSENORDNUNG DER WELLENLAENGE . 22 1.3.3 ANTENNEN UND ABSTRAHLUNG ELEKTROMAGNETISCHER WELLEN . 22 1.4 AUSBLICK AUF DIE FOLGENDEN KAPITEL . 23 Q ELEKTROMAGNETISCHE FELDER UND WELLEN . 25 2.1 PHYSIKALISCHE UND MATHEMATISCHE GRUNDLAGEN . 25 2.1.1 ELEKTROSTATISCHE FELDGROESSEN . 25 2.1.1.1 ELEKTRISCHE FELDSTAERKE UND SPANNUNG . 25 2.1.1.2 POLARISATION UND RELATIVE DIELEKTRIZITAETSZAHL . 29 2.1.1.3 VERHALTEN BEI WECHSELSTROM . 30 2.1.1.4 DIELEKTRISCHE VERSCHIEBUNGSDICHTE . 31 2.1.1.5 ELEKTRISCHE FELDENERGIE UND KAPAZITAET . 31 2.1.2 STATIONAERE ELEKTRISCHE STROEMUNGSFELDER UND MAGNETISCHE FELDER . 32 2.1.2.1 STROMDICHTE, LEISTUNGSDICHTE UND WIDERSTAND . 32 2.1.2.2 MAGNETISCHE FELDSTAERKE UND MAGNETISCHES VEKTORPOTENTIAL . 34 2.1.2.3 MAGNETISCHE FELDENERGIE UND INDUKTIVITAET . 36 2.1.2.4 LORENTZ-KRAFT . 36 2.1.3 VEKTORANALYTISCHE OPERATOREN . 37 2.1.3.1 DIVERGENZ . 37 2.1.3.2 ROTATION . 37 2.2 MAXWELL ' SCHE GLEICHUNGEN . 38 2.2.1 DIFFERENTIALFORM FUER ALLGEMEINE ZEITABHAENGIGKEIT . 38 2.2.2 DIFFERENTIALFORM FUER HARMONISCHE ZEITABHAENGIGKEIT . 39 2.2.3 INTEGRALFORM . 40 2.2.4 MATERIALGLEICHUNGEN . 42 2.2.5 VERHALTEN AN MATERIALGRENZEN . 44 8 INHALT 2.3 EINTEILUNG ELEKTROMAGNETISCHER FELDPROBLEME . 46 2.3.1 STATISCHE FELDER . 46 2.3.2 QUASISTATISCHE FELDER . 46 2.3.3 SCHNELL VERAENDERLICHE FELDER . 47 2.4 SKINEFFEKT . 47 2.5 ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN . 50 2.5.1 WELLENGLEICHUNG UND EBENE WELLEN . 50 2.5.2 POLARISATION . 54 2.5.2.1 LINEARE POLARISATION . 55 2.5.2.2 ZIRKULARE POLARISATION . 55 2.5.2.3 ELLIPTISCHE POLARISATION . 55 2.5.3 REFLEXION UND BRECHUNG AN EBENEN GRENZFLAECHEN . 56 2.5.3.1 SENKRECHTER EINFALL . 57 2.5.3.2 SCHRAEGER EINFALL . 59 2.5.4 KUGELWELLEN . 64 2.6 ZUSAMMENFASSUNG . 65 2.7 UEBUNGSAUFGABEN . 66 D LEITUNGSTHEORIE UND SIGNALE AUF LEITUNGEN . 68 3.1 LEITUNGSTHEORIE . 68 3.1.1 ERSATZSCHALTBILD EINES KURZEN LEITUNGSSTUECKS . 68 3.1.2 TELEGRAPHENGLEICHUNG . 70 3.1.3 SPANNUNGS UND STROMWELLEN AUF LEITUNGEN . 72 3.1.4 EINSEITIG ABGESCHLOSSENE LEITUNG . 75 3.1.5 EINGANGSIMPEDANZ EINER ABGESCHLOSSENEN LEITUNG . 77 3.1.6 VERLUSTLOSE LEITUNGEN . 79 3.1.7 LEITUNGEN MIT GERINGEN VERLUSTEN . 81 3.1.8 VERSCHIEDENE LEITUNGSABSCHLUESSE EINER VERLUSTLOSEN LEITUNG . 82 3.1.8.1 ANGEPASSTE LEITUNG . 83 3.1.8.2 KURZGESCHLOSSENE LEITUNG . 84 3.1.8.3 LEERLAUFENDE LEITUNG . 86 3.1.8.4 ALLGEMEINER ABSCHLUSS . 88 3.1.9 VERLUSTLOSE LEITUNGEN ALS IMPEDANZTRANSFORMATOREN . 89 3.1.9.1 DER VIERTELWELLENLAENGENTRANSFORMATOR . 89 3.1.9.2 DER HALBWELLENLAENGENTRANSFORMATOR . 89 3.1.10 REFLEXIONSFAKTOR EINER VERLUSTLOSEN LEITUNG . 90 3.1.11 SMITH-CHART-DIAGRAMM . 93 INHALT 9 3.2 ZEITSIGNALE AUFLEITUNGEN . 98 3.2.1 SPRUNGFOERMIGE SIGNALE . 98 3.2.1.1 ANGEPASSTE QUELLE UND ANGEPASSTER ABSCHLUSS . 98 3.2.1.2 ANGEPASSTE QUELLE UND FEHLANGEPASSTER (RESISTIVER) ABSCHLUSS . 100 3.2.1.3 ANGEPASSTE QUELLE UND FEHLANGEPASSTER (REAKTIVER) ABSCHLUSS . 102 3.2.1.4 FEHLANPASSUNG AN QUELLE UND LAST . 104 3.2.2 RECHTECKFOERMIGE SIGNALE . 107 3.3 AUGENDIAGRAMM . 108 3.4 ZUSAMMENFASSUNG . 111 3.5 UEBUNGSAUFGABEN . 112 Q WELLENLEITER . 114 4.1 UEBERBLICK UEBER TECHNISCH BEDEUTSAME LEITUNGSTYPEN . 114 4.2 KOAXIALLEITUNGEN . 117 4.2.1 INDUKTIVITAETSBELAG UND LEITUNGSWELLENWIDERSTAND . 118 4.2.2 DAEMPFUNG BEI SCHWACHEN VERLUSTEN . 120 4.2.2.1 METALLISCHE VERLUSTE . 120 4.2.2.2 DIELEKTRISCHE VERLUSTE . 121 4.2.3 NUTZBARER FREQUENZBEREICH . 122 4.2.4 ANWENDUNGSGEBIETE . 124 4.3 PARALLELDRAHTLEITUNG . 124 4.3.1 LEITUNGSWELLENWIDERSTAND . 124 4.3.2 ANWENDUNGSGEBIETE . 125 4.4 MIKROSTREIFENLEITUNGEN (MICROSTRIP) . 126 4.4.1 WELLENWIDERSTAND UND EFFEKTIVE PERMITTIVITAETSZAHL . 126 4.4.2 DISPERSION UND NUTZBARER FREQUENZBEREICH . 129 4.4.3 ANWENDUNGSGEBIETE . 130 4.5 STREIFENLEITUNG (STRIPLINE) . 130 4.5.1 LEITUNGSWELLENWIDERSTAND . 131 4.5.2 NUTZBARER FREQUENZBEREICH . 131 4.5.3 ANWENDUNGSGEBIETE . 132 4.6 RECHTECKHOHLLEITER . 132 4.6.1 ALLGEMEINE UEBERLEGUNGEN . 133 4.6.2 DIE GRUNDWELLE . 136 4.6.3 HOEHERE WELLENTYPEN . 140 4.6.4 EINSATZGEBIETE VON HOHLLEITERN . 142 4.6.5 ANREGUNG VON HOHLLEITERWELLEN . 142 4.6.6 HOHLRAUMRESONATOREN . 143 10 INHALT 4.7 SIW-LEITUNGEN (SUBSTRATE-INTEGRATED WAVEGUIDE) . 145 4.7.1 AUFBAU UND KENNGROESSEN . 146 4.7.2 LEITUNGSUEBERGANG MICROSTRIP-SIW . 147 4.8 DREILEITERSYSTEME . 150 4.8.1 GLEICH-UND GEGENTAKTWELLEN . 150 4.8.2 LEITUNGSWELLENWIDERSTAENDE UND AUSBREITUNGSKONSTANTEN . 152 4.8.3 LEITUNGSABSCHLUSS . 155 4.9 UEBUNGSAUFGABEN . 155 YY STREUPARAMETER . 157 5.1 MEHRTORGLEICHUNGEN IN MATRIXFORM . 157 5.2 DEFINITION VON WELLENGROESSEN . 158 5.3 STREUPARAMETER UND LEISTUNG . 160 5.4 SPEZIELLE EIGENSCHAFTEN VON SCHALTUNGEN . 163 5.4.1 ANPASSUNG . 163 5.4.2 LEISTUNGSANPASSUNG . 164 5.4.3 REZIPROZITAET (UEBERTRAGUNGSSYMMETRIE) . 165 5.4.4 SYMMETRIE . 166 5.4.5 VERLUSTLOSIGKEIT BEI PASSIVITAET . 166 5.4.6 RUECKWIRKUNGSFREIHEIT . 167 5.4.7 BESONDERE BEDINGUNGEN BEI DREITOREN . 167 5.5 BERECHNUNG VON STREUMATRIZEN . 167 5.5.1 REFLEXIONSFAKTOREN . 168 5.5.2 TRANSMISSIONSFAKTOREN . 168 5.5.3 UMNORMIERUNG EINER STREUMATRIX AUF ANDERE TORWIDERSTAENDE . 171 5.6 SIGNALFLUSSMETHODE . 172 5.7 MESSUNG VON STREUPARAMETERN . 178 5.8 UEBUNGSAUFGABEN . 182 ( HOCHFREQUENZBAUELEMENTE UND -SCHALTUNGEN . 185 6.1 KONZENTRIERTE BAUELEMENTE . 185 6.1.1 WIDERSTAENDE . 185 6.1.2 KONDENSATOREN . 187 6.1.3 SPULEN . 189 6.2 LEITUNGSRESONATOREN . 190 6.2.1 HALBWELLENLAENGENRESONATOR . 190 6.2.2 VIERTELWELLENLAENGENRESONATOR . 192 6.3 ANPASSSCHALTUNGEN . 194 INHALT 11 6.3.1 LC-ANPASSNETZWERKE . 194 6.3.2 ANPASSUNG MIT LEITUNGEN . 197 6.3.2.1 VIERTELWELLENLAENGENTRANSFORMATOR . 197 6.3.2.2 STICHLEITUNG UND BUTTERFLY-STUBS . 198 6.4 FILTER MIT KONZENTRIERTEN BAUELEMENTEN . 200 6.4.1 KLASSISCHER LC-FILTERENTWURF MIT INDUKTIVITAETEN UND KAPAZITAETEN . 201 6.4.2 ENTWURF VON BUTTERWORTH-FILTERN . 203 6.4.2.1 FILTER MIT TIEFPASSVERHALTEN . 203 6.4.2.2 FILTER MIT HOCHPASSVERHALTEN . 206 6.4.2.3 FILTER MIT BANDPASSVERHALTEN . 207 6.5 LEITUNGSFILTER . 210 6.5.1 SEITENGEKOPPELTE FILTER (EDGE-COUPLED-LINE-FILTER) . 211 6.5.2 SEITENGEKOPPELTE FILTER (HAIRPIN-FILTER) . 215 6.5.3 STEPPED-IMPEDANCE-FILTER . 216 6.5.4 METALLISCH GESCHIRMTE FILTER (GEHAEUSERESONANZEN) . 217 6.5.5 HOHLLEITERFILTER . 218 6.6 ZIRKULATOREN . 219 6.7 LEISTUNGSTEILER . 221 6.7.1 WILKINSON-LEISTUNGSTEILER . 221 6.7.2 LEISTUNGSTEILER MIT UNGLEICHER LEISTUNGSAUFTEILUNG . 222 6.8 BRANCHLINE-KOPPLER . 225 6.8.1 KONVENTIONELLER SDB-KOPPLER . 225 6.8.2 UNGLEICHE LEISTUNGSAUFTEILUNG UND IMPEDANZTRANSFORMATION . 225 6.9 RAT-RACE-KOPPLER .229 6.10 RICHTKOPPLER . 229 6.11 SYMMETRIERGLIEDER . 233 6.12 ELEKTRONISCHE SCHALTUNGEN . 234 6.12.1 MISCHER . 236 6.12.2 VERSTAERKER UND OSZILLATOREN . 239 6.13 MODERNE HF-ENTWURFSWERKZEUGE . 240 6.13.1 HF-SCHALTUNGSSIMULATOREN . 240 6.13.2 ELEKTROMAGNETISCHE 3D-FELDSIMULATION . 241 6.14 UEBUNGSAUFGABEN . 244 Q ANTENNEN . 246 7.1 GRUNDBEGRIFFE UND KENNGROESSEN . 246 7.1.1 ANTENNEN ALS WELLENTYPWANDLER . 246 7.1.2 NAHFELD UND FERNFELD . 247 12 INHALT 7.1.3 ISOTROPER KUGELSTRAHLER . 248 7.1.4 KENNGROESSEN FUER DAS STRAHLUNGSFELD EINER ANTENNE . 249 7.1.5 ANPASSUNG UND BANDBREITE . 255 7.2 PRAKTISCHE ANTENNENBAUFORMEN . 256 7.3 MATHEMATISCHE BEHANDLUNG DES HERTZ ' SCHEN DIPOLS . 259 7.4 DRAHTANTENNEN . 263 7.4.1 HALBWELLENDIPOL . 263 7.4.2 MONOPOL . 266 7.4.3 VERKUERZUNG VON MONOPOLANTENNEN . 267 7.5 SCHLITZANTENNEN . 268 7.6 APERTURSTRAHLER UND HORNANTENNEN . 271 7.6.1 APERTURSTRAHLER . 271 7.6.2 HORNANTENNEN . 273 7.7 PLANARE ANTENNEN . 275 7.7.1 RECHTECKIGE PATCH-ANTENNE . 276 7.7.1.1 ABSTRAHLUNG EINES PATCH-ELEMENTES . 276 7.7.1.2 RESONANZFREQUENZ UND PATCH-ABMESSUNGEN . 277 7.7.1.3 SPEISUNG VON PATCH-ANTENNEN . 278 7.7.2 PATCH-ANTENNEN MIT ZIRKULARER POLARISATION . 281 7.7.3 PLANARE DIPOL UND INVERTED-F-ANTENNEN . 283 7.8 GRUPPENANTENNEN . 285 7.8.1 EINZELCHARAKTERISTIK UND GRUPPENFAKTOR . 285 7.8.2 PHASENGESTEUERTE ANTENNEN . 289 7.8.2.1 LINEARE ANORDNUNG DER ANTENNENELEMENTE . 289 7.8.2.2 FLAECHIGE ANORDNUNG DER ANTENNENELEMENTE . 293 7.8.3 BEAMFORMING . 295 7.9 WEITERE ANTENNENKONZEPTE . 300 7.10 UEBUNGSAUFGABEN . 301 YY FUNKWELLEN . 302 8.1 WELLENAUSBREITUNGSEFFEKTE . 302 8.1.1 REFLEXION UND BRECHUNG . 302 8.1.2 ABSORPTION . 303 8.1.3 BEUGUNG . 304 8.1.4 STREUUNG . 305 8.2 EINFACHE AUSBREITUNGSSZENARIEN . 307 8.2.1 FREIRAUMAUSBREITUNG . 307 8.2.2 DAEMPFUNG VON WELLEN IN LUFT . 309 INHALT 13 8.2.3 REFLEXION AN STREUZIELEN (RADARRUECKSTREUQUERSCHNITT) . 310 8.2.4 DOPPLER-EFFEKT . 319 8.2.5 AUSBREITUNG UEBER EBENEM GRUND (ZWEIWEGEAUSBREITUNG) . 319 8.2.6 RICHTFUNKSTRECKEN . 322 8.2.7 GESCHICHTETE MEDIEN . 324 8.3 KOMPLEXE UMGEBUNGEN . 327 8.3.1 MEHRWEGEAUSBREITUNG . 327 8.3.2 CLUTTER-FACTOR-MODELL . 329 8.3.3 OKUMURA-HATA-MODEL . 330 8.3.4 PHYSIKALISCHE MODELLE UND NUMERISCHE FELDBERECHNUNG . 332 8.4 ZUSAMMENFASSUNG . 334 8.5 UEBUNGSAUFGABEN . 335 ANHANG . 337 A.1 KOORDINATENSYSTEME . 337 A.1.1 KARTESISCHES KOORDINATENSYSTEM . 338 A.1.2 ZYLINDERKOORDINATENSYSTEM . 339 A.1.3 KUGELKOORDINATENSYSTEM . 340 A.2 KENNGROESSEN VON SCHWINGKREISEN . 341 A.2.1 SERIENSCHWINGKREIS . 341 A.2.2 PARALLELSCHWINGKREIS . 346 A.3 LOGARITHMISCHE DARSTELLUNG VON TECHNISCHEN GROESSEN . 351 A.3.1 DIMENSIONSLOSE GROESSEN . 351 A.3.2 RELATIVE UND ABSOLUTE PEGEL . 352 A.3.3 PEGELPLAN EINER UEBERTRAGUNGSSTRECKE . 352 FORMELZEICHEN UND ABKUERZUNGEN . 354 LITERATUR . 359 INDEX . 364
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