
Hochfrequenztechnik
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Content
- Intro
- Vorwort
- Inhalt
- 1 Einleitung
- 1.1 Hochfrequenzanwendungen
- 1.2 Frequenzbereiche
- 1.3 Hochfrequenztechnische Erscheinungen
- 1.3.1 Elektrisch kurze Leitungen
- 1.3.2 Leitungen mit einer Länge in der Größenordnung der Wellenlänge
- 1.3.3 Antennen und Abstrahlung elektromagnetischer Wellen
- 1.4 Ausblick auf die folgenden Kapitel
- 2 Elektromagnetische Felder und Wellen
- 2.1 Physikalische und mathematischeGrundlagen
- 2.1.1 Elektrostatische Feldgrößen
- 2.1.1.1 Elektrische Feldstärke und Spannung
- 2.1.1.2 Polarisation und relative Dielektrizitätszahl
- 2.1.1.3 Verhalten bei Wechselstrom
- 2.1.1.4 Dielektrische Verschiebungsdichte
- 2.1.1.5 Elektrische Feldenergie und Kapazität
- 2.1.2 Stationäre elektrische Strömungsfelder und magnetische Felder
- 2.1.2.1 Stromdichte, Leistungsdichte und Widerstand
- 2.1.2.2 Magnetische Feldstärke und magnetisches Vektorpotential
- 2.1.2.3 Magnetische Feldenergie und Induktivität
- 2.1.2.4 Lorentz-Kraft
- 2.1.3 Vektoranalytische Operatoren
- 2.1.3.1 Divergenz
- 2.1.3.2 Rotation
- 2.2 Maxwell'sche Gleichungen
- 2.2.1 Differentialform für allgemeine Zeitabhängigkeit
- 2.2.2 Differentialform für harmonische Zeitabhängigkeit
- 2.2.3 Integralform
- 2.2.4 Materialgleichungen
- 2.2.5 Verhalten an Materialgrenzen
- 2.3 Einteilung elektromagnetischer Feldprobleme
- 2.3.1 Statische Felder
- 2.3.2 Quasistatische Felder
- 2.3.3 Schnell veränderliche Felder
- 2.4 Skineffekt
- 2.5 Elektromagnetische Wellen
- 2.5.1 Wellengleichung und ebene Wellen
- 2.5.2 Polarisation
- 2.5.2.1 Lineare Polarisation
- 2.5.2.2 Zirkulare Polarisation
- 2.5.2.3 Elliptische Polarisation
- 2.5.3 Reflexion und Brechung an ebenen Grenzflächen
- 2.5.3.1 Senkrechter Einfall
- 2.5.3.2 Schräger Einfall
- 2.5.4 Kugelwellen
- 2.6 Zusammenfassung
- 2.7 Übungsaufgaben
- 3 Leitungstheorie und Signale auf Leitungen
- 3.1 Leitungstheorie
- 3.1.1 Ersatzschaltbild eines kurzen Leitungsstücks
- 3.1.2 Telegraphengleichung
- 3.1.3 Spannungs- und Stromwellen auf Leitungen
- 3.1.4 Einseitig abgeschlossene Leitung
- 3.1.5 Eingangsimpedanz einer abgeschlossenen Leitung
- 3.1.6 Verlustlose Leitungen
- 3.1.7 Leitungen mit geringen Verlusten
- 3.1.8 Verschiedene Leitungsabschlüsse einer verlustlosen Leitung
- 3.1.8.1 Angepasste Leitung
- 3.1.8.2 Kurzgeschlossene Leitung
- 3.1.8.3 Leerlaufende Leitung
- 3.1.8.4 Allgemeiner Abschluss
- 3.1.9 Verlustlose Leitungen als Impedanztransformatoren
- 3.1.9.1 Der Viertelwellenlängentransformator
- 3.1.9.2 Der Halbwellenlängentransformator
- 3.1.10 Reflexionsfaktor einer verlustlosen Leitung
- 3.1.11 Smith-Chart-Diagramm
- 3.2 Zeitsignale auf Leitungen
- 3.2.1 Sprungförmige Signale
- 3.2.1.1 Angepasste Quelle und angepasster Abschluss
- 3.2.1.2 Angepasste Quelle und fehlangepasster (resistiver) Abschluss
- 3.2.1.3 Angepasste Quelle und fehlangepasster (reaktiver) Abschluss
- 3.2.1.4 Fehlanpassung an Quelle und Last
- 3.2.2 Rechteckförmige Signale
- 3.3 Augendiagramm
- 3.4 Zusammenfassung
- 3.5 Übungsaufgaben
- 4 Wellenleiter
- 4.1 Überblick über technisch bedeutsame Leitungstypen
- 4.2 Koaxialleitungen
- 4.2.1 Induktivitätsbelag und Leitungswellenwiderstand
- 4.2.2 Dämpfung bei schwachen Verlusten
- 4.2.2.1 Metallische Verluste
- 4.2.2.2 Dielektrische Verluste
- 4.2.3 Nutzbarer Frequenzbereich
- 4.2.4 Anwendungsgebiete
- 4.3 Paralleldrahtleitung
- 4.3.1 Leitungswellenwiderstand
- 4.3.2 Anwendungsgebiete
- 4.4 Mikrostreifenleitungen (Microstrip)
- 4.4.1 Wellenwiderstand und effektive Permittivitätszahl
- 4.4.2 Dispersion und nutzbarer Frequenzbereich
- 4.4.3 Anwendungsgebiete
- 4.5 Streifenleitung (Stripline)
- 4.5.1 Leitungswellenwiderstand
- 4.5.2 Nutzbarer Frequenzbereich
- 4.5.3 Anwendungsgebiete
- 4.6 Rechteckhohlleiter
- 4.6.1 Allgemeine Überlegungen
- 4.6.2 Die Grundwelle
- 4.6.3 Höhere Wellentypen
- 4.6.4 Einsatzgebiete von Hohlleitern
- 4.6.5 Anregung von Hohlleiterwellen
- 4.6.6 Hohlraumresonatoren
- 4.7 SIW-Leitungen (Substrate-integratedwaveguide)
- 4.7.1 Aufbau und Kenngrößen
- 4.7.2 Leitungsübergang Microstrip-SIW
- 4.8 Dreileitersysteme
- 4.8.1 Gleich- und Gegentaktwellen
- 4.8.2 Leitungswellenwiderstände und Ausbreitungskonstanten
- 4.8.3 Leitungsabschluss
- 4.9 Übungsaufgaben
- 5 Streuparameter
- 5.1 Mehrtorgleichungen in Matrixform
- 5.2 Definition von Wellengrößen
- 5.3 Streuparameter und Leistung
- 5.4 Spezielle Eigenschaften von Schaltungen
- 5.4.1 Anpassung
- 5.4.2 Leistungsanpassung
- 5.4.3 Reziprozität (Übertragungssymmetrie)
- 5.4.4 Symmetrie
- 5.4.5 Verlustlosigkeit bei Passivität
- 5.4.6 Rückwirkungsfreiheit
- 5.4.7 Besondere Bedingungen bei Dreitoren
- 5.5 Berechnung von Streumatrizen
- 5.5.1 Reflexionsfaktoren
- 5.5.2 Transmissionsfaktoren
- 5.5.3 Umnormierung einer Streumatrix auf andere Torwiderstände
- 5.6 Signalflussmethode
- 5.7 Messung von Streuparametern
- 5.8 Übungsaufgaben
- 6 Hochfrequenzbauelemente und -schaltungen
- 6.1 Konzentrierte Bauelemente
- 6.1.1 Widerstände
- 6.1.2 Kondensatoren
- 6.1.3 Spulen
- 6.2 Leitungsresonatoren
- 6.2.1 Halbwellenlängenresonator
- 6.2.2 Viertelwellenlängenresonator
- 6.3 Anpassschaltungen
- 6.3.1 LC-Anpassnetzwerke
- 6.3.2 Anpassung mit Leitungen
- 6.3.2.1 Viertelwellenlängentransformator
- 6.3.2.2 Stichleitung und Butterfly-Stubs
- 6.4 Filter mit konzentrierten Bauelementen
- 6.4.1 Klassischer LC-Filterentwurf mit Induktivitäten und Kapazitäten
- 6.4.2 Entwurf von Butterworth-Filtern
- 6.4.2.1 Filter mit Tiefpassverhalten
- 6.4.2.2 Filter mit Hochpassverhalten
- 6.4.2.3 Filter mit Bandpassverhalten
- 6.5 Leitungsfilter
- 6.5.1 Seitengekoppelte Filter (Edge-coupled-line-Filter)
- 6.5.2 Seitengekoppelte Filter (Hairpin-Filter)
- 6.5.3 Stepped-impedance-Filter
- 6.5.4 Metallisch geschirmte Filter (Gehäuseresonanzen)
- 6.5.5 Hohlleiterfilter
- 6.6 Zirkulatoren
- 6.7 Leistungsteiler
- 6.7.1 Wilkinson-Leistungsteiler
- 6.7.2 Leistungsteiler mit ungleicher Leistungsaufteilung
- 6.8 Branchline-Koppler
- 6.8.1 Konventioneller 3dB-Koppler
- 6.8.2 Ungleiche Leistungsaufteilung und Impedanztransformation
- 6.9 Rat-race-Koppler
- 6.10 Richtkoppler
- 6.11 Symmetrierglieder
- 6.12 Elektronische Schaltungen
- 6.12.1 Mischer
- 6.12.2 Verstärker und Oszillatoren
- 6.13 Moderne HF-Entwurfswerkzeuge
- 6.13.1 HF-Schaltungssimulatoren
- 6.13.2 Elektromagnetische 3D-Feldsimulation
- 6.14 Übungsaufgaben
- 7 Antennen
- 7.1 Grundbegriffe und Kenngrößen
- 7.1.1 Antennen als Wellentypwandler
- 7.1.2 Nahfeld und Fernfeld
- 7.1.3 Isotroper Kugelstrahler
- 7.1.4 Kenngrößen für das Strahlungsfeld einer Antenne
- 7.1.5 Anpassung und Bandbreite
- 7.2 Praktische Antennenbauformen
- 7.3 Mathematische Behandlung des Hertz'schen Dipols
- 7.4 Drahtantennen
- 7.4.1 Halbwellendipol
- 7.4.2 Monopol
- 7.4.3 Verkürzung von Monopolantennen
- 7.5 Schlitzantennen
- 7.6 Aperturstrahler und Hornantennen
- 7.6.1 Aperturstrahler
- 7.6.2 Hornantennen
- 7.7 Planare Antennen
- 7.7.1 Rechteckige Patch-Antenne
- 7.7.1.1 Abstrahlung eines Patch-Elementes
- 7.7.1.2 Resonanzfrequenz und Patch-Abmessungen
- 7.7.1.3 Speisung von Patch-Antennen
- 7.7.2 Patch-Antennen mit zirkularer Polarisation
- 7.7.3 Planare Dipol- und Inverted-F-Antennen
- 7.8 Gruppenantennen
- 7.8.1 Einzelcharakteristik und Gruppenfaktor
- 7.8.2 Phasengesteuerte Antennen
- 7.8.2.1 Lineare Anordnung der Antennenelemente
- 7.8.2.2 Flächige Anordnung der Antennenelemente
- 7.8.3 Beamforming
- 7.9 Weitere Antennenkonzepte
- 7.10 Übungsaufgaben
- 8 Funkwellen
- 8.1 Wellenausbreitungseffekte
- 8.1.1 Reflexion und Brechung
- 8.1.2 Absorption
- 8.1.3 Beugung
- 8.1.4 Streuung
- 8.2 Einfache Ausbreitungsszenarien
- 8.2.1 Freiraumausbreitung
- 8.2.2 Dämpfung von Wellen in Luft
- 8.2.3 Reflexion an Streuzielen (Radarrückstreuquerschnitt)
- 8.2.4 Doppler-Effekt
- 8.2.5 Ausbreitung über ebenem Grund (Zweiwegeausbreitung)
- 8.2.6 Richtfunkstrecken
- 8.2.7 Geschichtete Medien
- 8.3 Komplexe Umgebungen
- 8.3.1 Mehrwegeausbreitung
- 8.3.2 Clutter-Factor-Modell
- 8.3.3 Okumura-Hata-Model
- 8.3.4 Physikalische Modelle und numerische Feldberechnung
- 8.4 Zusammenfassung
- 8.5 Übungsaufgaben
- A Anhang
- A.1 Koordinatensysteme
- A.1.1 Kartesisches Koordinatensystem
- A.1.2 Zylinderkoordinatensystem
- A.1.3 Kugelkoordinatensystem
- A.2 Kenngrößen von Schwingkreisen
- A.2.1 Serienschwingkreis
- A.2.2 Parallelschwingkreis
- A.3 Logarithmische Darstellung von technischen Größen
- A.3.1 Dimensionslose Größen
- A.3.2 Relative und absolute Pegel
- A.3.3 Pegelplan einer Übertragungsstrecke
- Formelzeichen und Abkürzungen
- Literatur
- Index
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