Gregor Gronau

Höchstfrequenztechnik (eBook, PDF)

Grundlagen, Schaltungstechnik, Messtechnik, Planare Antennen

• Format: PDF

Produktbeschreibung

Das vorliegende Werk ist eine Zusammenstellung der Grundla- gen der Höchstfrequenztechnik. Die bewußt gewählte, umfang- reiche Darstellung der Zusammenhänge sowie die weitgehend vollständige Angabe der Herleitungen dient zum einen dazu, daß der unbedarfte Leser die Möglichkeit erhält, sich in die komplizierten Bereiche der Höchstfrequenztechnik einzuarbei- ten. Zum anderen kann diese Zusammenfassung als Nachschlage- werk benutzt werden. So sind neben den einführenden Grundla- gen für Studierende die Spezialgebiete Mikrowellenmeßtech- nik, Streifenleitungstechnik und Streifenleitungs-Antennen- technik für den erfahreneren Ingenieur vorgesehen. Im Vor- dergrund bei den Herleitungen steht aber stets eine komplet- te Darstellung und eine einfache Nachvollziehbarkeit.

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Produktdetails

• Verlag: Springer-Verlag GmbH
• Seitenzahl: 660
• Erscheinungstermin: 11. März 2013
• Deutsch
• ISBN-13: 9783642566202
• Artikelnr.: 53155003

Inhaltsangabe

1 Einleitung.- 1.1 Die Beschreibung einer Kommunikationsverbindung.- 1.2 Der Empfänger als Beispiel einer HF-Schaltung.- 2 Grundlagen zur Feldberechnung.- 2.1 Die Maxwellschen Gleichungen.- 2.2 Löstung, Energie und Poyntingvektor.- 2.3 Lösung der Maxwellschen Gleichungen.- 2.3.1 Allgemeine Lösung der Wellengleichung.- 2.4 Harmonische Zeitabhängigkeit der Felder.- 2.5 Stetigkeitsbedingungen für Feldgrößen.- 2.6 Einführung fiktiver magnetischer Quellen.- 2.7 Das Huygenssche Prinzip.- 2.8 Bildtheorie.- 2.9 Reziprozitätsgesetz.- 3 Wellenleiter.- 3.1 Feldverteilung in Wellenleitern.- 3.1.1 Lösung der homogenen Wellengleichung.- 3.1.1.1 Lösung in kartesischen Koordinaten.- 3.1.1.2 Lösung in Zylinderkoordinaten.- 3.1.2 Klassifizierung der Feldtypen.- 3.1.2.1 DieTEM-Welle.- 3.1.2.1.1 Die Wellenzahl der TEM-Welle.- 3.2 Wellenausbreitung auf TEM-Leitungen.- 3.2.1 Die ideale Koaxialleitung.- 3.2.2 Ströme und Spannungen auf der TEM-Leitungen.- 3.2.3 Das Ersatzschaltbild der TEM-Leitung.- 3.3 Die schwach verlustbehaftete Leitung.- 3.3.1 Die Berechnung der Leiterverluste, der ebene Skineffekt.- 3.3.2 Leitungsersatzschaltbild für schwache Verluste.- 3.4 Leitungstheorie.- 3.4.1 Betrachtung der Leitungskenngrößen.- 3.5 Die Leitung als Schaltungselement.- 3.5.1 Der ?/4-Transformator.- 3.5.2 Das kurze Leitungselement.- 3.5.3 Die leerlaufende oder kurzgeschlossene Leitung.- 3.5.3.1 Die leerlaufende Leitung.- 3.5.3.1.1 Die kurze leerlaufende Leitung.- 3.5.3.1.2 Die leerlaufende Leitung der Lange $$ell = ifrac{lambda }{4}$$.- 3.5.3.2 Die kurzgeschlossene Leitung.- 3.5.3.2.1 Die kurze kurzgeschlossene Leitung.- 3.5.3.2.2 Die kurzgeschlossene Leitung der Längee $$ell = ifrac{lambda }{4}$$.- 4 Wellengrößen.- 4.1 Leistungswellen auf Leitungen.- 4.1.1 Leistungstransport auf Leitungen.- 4.1.2 Die Leitung als Zweitor.- 4.2 Eintorparameter.- 4.2.1 Eintorparameter der Abschlußimpedanz.- 4.2.2 Eintorparameter der Quelle.- 4.3 Zweitorparameter.- 4.3.1 Streumatrix des Zweitors.- 4.3.2 Kettenstreumatrix des Zweitors.- 4.3.2.1 Berechnung der Kettenstreuparameter aus den Streuparametem.- 4.3.2.2 Berechnung der Streuparameter aus den Kettenstreuparametem.- 4.4 Streuparameter des n-Tors.- 4.4.1 n-Tor Eigenschaften.- 4.4.1.1 Reziproke n-Tore.- 4.4.1.2 Verlustlose n-Tore.- 4.4.2 Prinzipielles Verhalten technischer n-Tore.- 4.4.2.1 Eintore.- 4.4.2.1.1 Leerlauf.- 4.4.2.1.2 Kurzschluß.- 4.4.2.1.3 Reflexionsfreier Abschluß, Wellensumpf.- 4.4.2.2 2-Tore.- 4.4.2.2.1 Leitung.- 4.4.2.2.2 Der Wellenwiderstandssprung.- 4.4.2.2.3 Queradmittanz, Längsimpedanz.- 4.4.2.2.4 Phasenschieber.- 4.4.2.2.5 Dämpfungsglieder.- 4.4.2.2.6 Filter.- 4.4.2.2.7 Anpassungsnetzwerke..- 4.4.2.2.8 Ubergange, Wellentypwandler.- 4.4.2.2.9 Richtungsleiter.- 4.4.2.2.10 Dioden.- 4.4.2.2.11 Detektoren.- 4.4.2.2.12 Die Wellenquelle als Zweitor.- 4.4.2.3 3-Tore.- 4.4.2.3.1 Die Verzweigung.- 4.4.2.3.2 Die Meßleitung.- 4.4.2.3.3 Der Zirkulator.- 4.4.2.3.4 Transistoren.- 4.4.2.4 4-Tore.- 4.4.2.4.1 Kreuzverzweigung, Leitungskreuzung.- 4.4.2.4.2 Die gekoppelte Leitung.- 4.4.2.4.3 Koppler.- 5 Verfahren zur Schaltungsanalyse.- 5.1 Analyse mit Hilfe des Signalflußdiagramms.- 5.1.1 Grundlagen zur Analyse von Signalflußdiagrammen.- 5.1.2 Leistungsanpassung.- 5.2 Schaltungsentwurfmit Hilfe des Smith-Charts.- 5.2.1 Herleitung des Smith-Charts.- 5.3 Schaltungsanalyse im Smith-Chart.- 5.3. Spannungs- und Stromvertei1ung auf der Leitung.- 5.3.2 Beispiele zur Schaltungsanalyse (Anpassungsnetzwerke).- 5.3.2.1 Analyse eines ?/4-Transformators.- 5.3.2.2 Analyse einer Schaltung mit einer Stichleitung.- 5.4 Zweitoranalyse.- 5.4.1 Leistungsverstärkung.- 5.4.1.1 Uni1aterale Leistungsverstärkung.- 5.4.1.2 Verfiigbare Leistungsverstärkung.- 5.4.2 Stabilität von Zweitoren.- 5.4.3 Rauschen.- 5.4.3.1 Rauschen als ergodischer Prozeß.- 5.4.3.1.1 Einführung der Korrelationsfunktion.- 5.4.3.1.2 Einführung des Korrelationsspektrums.- 5.4.3.2 Der rauschende Zweipol.- 5.4.3.3 Die Theorie rauschender Zweitore.- 5.4.3.4 Die Rauschzahl des Zweitors.- 5.4.3.5 Rauschzahl von kaskadierten Zweitoren.- 5.4.3.6 Berechnung der Rauschkenngrößen von Zweitoren.- 5.4.3.7 Der aquivalente Rauschvierpol als Wellenvierpol.- 5.4.3.7.1 Berechnung der Rauschkenngrößen aus der Wellendarstellung.- 5.4.3.8 Analyse rauschender Zweitore mit Korrelationsspektren.- 6 Streifenleitungstechnik.- 6.1 Einführung.- 6.2 Aufbau verschiedener Streifenleitungsbauformen.- 6.3 Materialien zur Herstellung von Streifenleitungen.- 6.3.1 Substratmaterialien.- 6.3.2 Leiterrnaterialien.- 6.4 Wellentypen auf Streifenleitungen.- 6.4.1 TEM-Wellen.- 6.4.2 Hybride Wellen und Quasi-TEM-Wellen.- 6.4.3 Grundwellen und höhere Wellentypen.- 6.5 Quasi-TEM-Verhalten der Mikrostreifenleitung.- 6.5.1 Berechnung von ?r,e f f und Zw.- 6.5.1.1 Statische Analyse der Mikrostreifenleitung.- 6.5.1.2 Dynamische Analyse der Mikrostreifenleitung.- 6.5.2 Magnetisches Wandmodell.- 6.5.3 Dämpfung auf der Mikrostreifenleitung.- 6.6 Mikrostreifenleitungs-Diskontinuitäten.- 6.6.1 Leerlaufende Mikrostreifenleitung.- 6.6.2 Kurzschluß.- 6.6.3 Wellenwiderstandssprung.- 6.6.4 Leitungsknick.- 6.6.4.1 Symmetrischer, rechtwinkliger Leitungsknick.- 6.6.5 Spalt in der Mikrostreifenleitung.- 6.6.6 Rechtwinklige Verzweigung, T-Verzweigung.- 6.6.7 Kreuzverzweigung.- 6.7 Die gekoppelte Mikrostreifenleitung.- 6.8 Mikrostreifenleitungskomponenten.- 6.9 Konzentrierte Mikrostreifen1eitungsbauelemente.- 6.9.1 Spulen in Mikrostreifen1eitungstechnik.- 6.9.2 Kondensatoren in Mikrostreifenleitungstechnik.- 6.10 Mikrostreifenleitungsresonator als Strahlerelement.- 7 Elektronische Bauelemente.- 7.1 Ha1bleiterdioden.- 7.1.1 Schottky-Diode.- 7.1.1.1 Bestimmung der Ersatzschaltbildelemente.- 7.1.2 Varaktordiode.- 7.1.3 PIN-Diode.- 7.1.4 Tunneldiode, Tunnel-Effekt.- 7.1.5 Backward-Diode.- 3.1.6 Gunn-Diode (Gunn-Element).- 7.1.7 Impatt-Diode.- 7.2 Transistoren.- 7.2.1 Bipolartransistoren.- 7.2.2 Feldeffekttransistoren.- 8 HF-Meßtechnik.- 8.1 StreuparametermeBtechnik.- 8.1.1 Darstellung der Meßprinzipien.- 8.1.2 Vorstellung von Fehlermodellen und Kalibriertechniken.- 8.1.3 Eintor-Kalibrierung (SOL; Short, Open, Load).- 8.1.4 Zweitor-Kalibrierung.- 8.1.4.1 Fehlermodelle.- 8.1.4.1.1 12-Term Fehlermodell.- 8.1.4.1.2 8-Term Fehlermodell.- 8.1.4.1.3 Überführung des 8-Term Feh1ermodells in das 12-Term Fehlermodell.- 8.1.4.2 SOLT-Ka1ibrierung.- 8.1.4.2.1 Charakterisierung des Meßobjektes.- 8.1.4.3 TRL(LRL)-Ka1ibrierung.- 8.1.4.3.1 Beschreibung des TRL(LRL)-Verfahrens.- 8.1.4.3.2 Charakterisierung der Feh1erzweitore.- 8.1.4.3.3 Anmerkungen zur TRL-Ka1ibrierung.- 8.1.4.3.4 Charakterisierung unbekannter Meßobjekte.- 8.1.4.3.5 Dimensionierung der Länge des Line- Standards.- 8.1.4.3.6 Bezugsebenenverschiebung.- 8.1.4.4 TRM(LRM)-Kalibrierung.- 8.1.4.5 Kalibrierung mit Hilfe der Zeitbereichsoption.- 8.2 Rauschzah1meBtechnik.- 8.2.1 Die Einführung der effektiven Rauschtemperatur Te.- 8.2.2 Kalibrierung des Rauschzah1meßgerätes.- 8.2.3 Die meßtechnische Bestimmung der Rauschkenngrößen.- 8.2.3.1 Bestimmung der Rauschkenngrößen aus Rauschzahlmessungen.- 8.2.3.1.1 Die direkte Messung von Fo pt und r?S, opt.- 8.2.3.1.2 Die Berechnung von F o pt und r?S, opt aus mehreren Rauschzahimessungen.- 8.2.3.2 Die Bestimmung der Rauschkenngrößen aus Rausch1eistungsmessungen.- 8.2.4 Beschreibung eines Rauschparametermeßsystems.- 9 Antennen.- 9.1 Einführung.- 9.2 Übersicht über plan are Antennenstrukturen.- 9.2.1 Mikrostreifen1eitungsantenne.- 9.2.2 Antennen auf der Basis der Kop1anar-Streifenleitung.- 9.2.3 Antennen auf der Basis der "Suspended Strip"-Leitung.- 9.2.4 Fin1eitungsantennen.- 9.3 Grundlagen zur Antennenberechnung.- 9.3.1 Antennen im Übertragungssystem.- 9.3.2 Eigenschaften elementarer Strahlertypen.- 9.3.2.1 Hertzscher Dipol.- 9.3.2.1.1 Strahlungsfeld des Hertzschen Dipols.- 9.3.2.1.2 Strahlungswiderstand des Hertzsehen Dipols.- 9.3.2.2 Der ideale lineare Strahler.- 9.3.2.2.1 Strahlungsdiagramm des idealen, linearen Strahlers.- 9.3.2.2.2 Kenngrößen des idealen linearen Strahlers.- 9.3.2.3 Der Faltdipol.- 9.3.3 Der ideale line are Strahler als Empfangsantenne.- 9.3.4 Polarisation.- 9.3.5 Die wirksame Antennenfläche.- 9.4 Strahlergruppen.- 9.4.1 Besehreibung des Femfeldes planarer Gruppenantennen.- 9.4.1.1 Antennen mit gleiehen Strahlerabständen.- 9.4.1.1.1 Antennen mit konstanter Amplitudenbelegung..- 9.4.1.1.2 Antennen mit nieht konstanter Amplitudenbelegung..- 9.4.1.2 Antennen mit ungleiehen Strahlerabständen.- 9.5 Streifenleitungsantennen.- 9.5.1 Der Streifenleitungsresonator als Strahlerelement.- 9.5.1.1 Strahlungseigensehaften des ?/2-Resonators.- 9.5.1.2 Impedanzverhalten des Streifenleitungsresonators.- 9.5.1.2.1 Entwieklung des inneren Feldes naeh Eigenfeldtypen.- 9.5.1.2.2 Das Leitungsersatzsehaltbild.- 9.5.1.2.3 Impedanzbereehnung mit Hilfe des Spektralbereiehsverfahrens.- 9.5.1.2.3.1 Bereehnung der Greensehen Dyade.- 9.5.1.2.3.2 Berüeksiehtigung elektriseher Strome als Quellen.- 9.5.1.2.3.3 Berüeksiehtigung magnetise her Strome als Quellen.- 9.5.1.2.3.4 Eingangsimpedanz des ?/2- Resonators.- 9.5.1.2.3.5 Das Femfeld des ?/2-Resonators.- 9.5.2 Strahlergruppen in Mikrostreifenleitungsteehnik.- 9.5.2.1 Konzepte für Streifenleitungsantennen.- 9.5.2.1.1 Antennen mit gleiehen Strahlerabständen.- 9.5.2.1.2 Antennen mit ungleiehen Strahlerabständen.- 9.5.2.2 Verkopplung von Streifenleitungsresonatoren.- 9.5.2.2.1 Beschreibung einer realen Gruppenantenne.- 9.5.2.2.1.1 Bestimmung der Impedanzmatrix der Strahlergruppe.- 9.5.2.2.1.2 Fernfeld verkoppelter Strahler.- 9.5.2.2.1.3 Ergebnisse zur Verdeutlichung der Verkopplung.- 9.5.3 Sonderbeiträge der Streifenleitungs-Antennentechnik.- A Grundlagen der Vektoranalysis.- A.1 Einführung.- A.1.1 Das skalare Feld.- A.1.2 Das Vektorfeld.- A.1.3 Koordinatensysteme.- A.2 Eigenschaften skalarer Felder.- A.2.1 Der Gradient eines skalaren Feldes.- A.3 Eigenschaften von Vektorfeldern.- A.3.1 Die Divergenz.- A.3.1.1 Satz von Gauß.- A.3.1.2 Sätze von Green.- A.3.2 Die Rotation.- A.3.2.1 Satz von Stokes.- A.4 Differentielle Operatoren.- A.5 Zusammenstellung mathematischer Formeln..- A.5.1 Allgemeine Vektorrechnung.- A.5.2 Koordinatensysteme.- A.5.2.1 Kartesische Koordinaten (x, y, z).- A.5.2.2 Zylinderkoordinaten (r, ?, z).- A.5.2.3 Kugelkoordinaten (r, ?,?).- A.5.3 Integralsätze.- A.5.4 Umformungen der Differentialoperatoren.- A.5.4.1 Umformungen des Gradienten.- A.5.4.2 Umformungen der Divergenz.- A.5.4.3 Umformungen der Rotation.- B Zweitorparameter.- B.1 Bestimmung der Matrizenelemente.- B.1.1 Bestimmung der Impedanzparameter.- B.1.2 Bestimmung der Admittanzparameter.- B.1.3 Bestimmung der Kettenparameter.- B.2 Umrechnung der Zweitorparameter.- B.3 Einfache Zweitorersatzschaltungen.- B.3.1 Die T-Ersatzschaltung.- B.3.2 Die ?-Ersatzschaltung.- B.4 Zusammenschaltung von Zweitoren.- B.4.1 Reihenschaltung.- B.4.2 Parallelschaltung.- B.4.3 Kettenschaltung.- B.5 Reziprozität bei Zweitoren.- C Antennenkenngrößen.- C.1 Richtcharakteristik, Strahlungsdiagramm.- C.2 Polarisation.- C.3 Hauptstrahlrichtung.- C.4 Halbwertsbreite, Öffnungswinkel, Hauptkeulenbreite.- C.5 Nebenmaximum, Nebenzipfel.- C.6 Nebenzipfelamplitude.- C.7 Strahlungsdichte.- C.8 Abgestrahlte Leistung.- C.9 Strahlstärke, Strahlungsintensität..- C.10 Äquivalenter Raumwinkel.- C.11 Richtfaktor, Directivity.- C.12 Wirkungsgrad.- C.13 Gewinn.- C.14 Antennenwirkfläche.- C.15 Übertragungsfaktor einer Übertragungsstrecke..- D Greenschen Dyaden.- Stichwortverzeichnis.