Hochfrequenztechnik Grundlagen der mobilen Kommunikationstechnik ; mit 58 Beispielen und 39 Übungsaufgaben
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
München
Fachbuchverl. Leipzig / Hanser
2013
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| Ausgabe: | 2., überarb. und erw. Aufl. |
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INHALT
Q EINLEITUNG 15
1.1 HOCHFREQUENZANWENDUNGEN 15
1.2 FREQUENZBEREICHE 17
1.3 HOCHFREQUENZTECHNISCHE ERSCHEINUNGEN 18
1.3.1 ELEKTRISCH KURZE LEITUNGEN ! 18
1.3.2 LEITUNGEN MIT EINER LAENGE IN DER GROESSENORDNUNG DER WELLENLAENGE 20
1.3.3 ANTENNEN UND ABSTRAHLUNG ELEKTROMAGNETISCHER WELLEN 21 1.4
AUSBLICK AUF DIE FOLGENDEN KAPITEL 22
Q ELEKTROMAGNETISCHE FELDER UND WELLEN 24
2.1 PHYSIKALISCHE UND MATHEMATISCHE GRUNDLAGEN 24
2.1.1 ELEKTROSTATISCHE FELDGROESSEN 24
2.1.1.1 ELEKTRISCHE FELDSTAERKE UND SPANNUNG 24
2.1.1.2 POLARISATION UND RELATIVE DIELEKTRIZITAETSZAHL 28
2.1.1.3 VERHALTEN BEI WECHSELSTROM 29
2.1.1.4 DIELEKTRISCHE VERSCHIEBUNGSDICHTE 30
2.1.1.5 ELEKTRISCHE FELDENERGIE UND KAPAZITAET 30
2.1.2 STATIONAERE ELEKTRISCHE STROEMUNGSFELDER UND MAGNETISCHE FELDER 31
2.1..2.1 STROMDICHTE, LEISTUNGSDICHTE UND WIDERSTAND 31
2.1.2.2 MAGNETISCHE FELDSTAERKE UND MAGNETISCHES VEKTORPOTENTIAL 33
2.1.2.3 MAGNETISCHE FELDENERGIE UND INDUKTIVITAET 35
2.1.2.4 LORENTZ-KRAFT 35
2.1.3 VEKTORANALYTISCHE OPERATOREN 36
2.1.3.1 DIVERGENZ 36
2.1.3.2 ROTATION 36
2.2 MAXWELLSCHE GLEICHUNGEN 37
2.2.1 DIFFERENTIALFORM FUER ALLGEMEINE ZEITABHAENGIGKEIT 37
2.2.2 DIFFERENTIALFORM FUER HARMONISCHE ZEITABHAENGIGKEIT 38
2.2.3 INTEGRALFORM 39
2.2.4 MATERIALGLEICHUNGEN 41
2.2.5 VERHALTEN AN MATERIALGRENZEN 43
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IMAGE 2
8 INHALT
2.3 EINTEILUNG ELEKTROMAGNETISCHER FELDPROBLEME 45
2.3.1 STATISCHE FELDER 45
2.3.2 QUASISTATISCHE FELDER 45
2.3.3 SCHNELL VERAENDERLICHE FELDER 46
2.4 SKINEFFEKT 46
2.5 ELEKTROMAGNETISCHE WELLEN 49
2.5.1 WELLENGLEICHUNG UND EBENE WELLEN 49
2.5.2 POLARISATION 53
2.5.2.1 LINEAREPOLARISATION . 54
2.5.2.2 ZIRKULARE POLARISATION 54
2.5.2.3 ELLIPTISCHE POLARISATION 54
2.5.3 REFLEXION UND BRECHUNG AN EBENEN GRENZFLACHEN 55
2.5.3.1 SENKRECHTER EINFALL 56
2.5.3.2 SCHRAEGER EINFALL 58
2.5.4 KUGELWELLEN 63
2.6 ZUSAMMENFASSUNG 64
2.7 UEBUNGSAUFGABEN 65
Q LEITUNGSTHEORIE UND SIGNALE AUF LEITUNGEN 67
3.1 LEITUNGSTHEORIE 67
3.1.1 ERSATZSCHALTBILD EINES KURZEN LEITUNGSSTUECKS 67
3.1.2 TELEGRAPHENGLEICHUNG 69
3.1.3 SPANNUNGS- UND STROMWELLEN AUF LEITUNGEN 71
3.1.4 EINSEITIG ABGESCHLOSSENE LEITUNG 74
3.1.5 EINGANGSIMPEDANZ EINER ABGESCHLOSSENEN LEITUNG 76
3.1.6 VERLUSTLOSE LEITUNGEN 78
3.1.7 LEITUNGEN MIT GERINGEN VERLUSTEN 80
3.1.8 VERSCHIEDENE LEITUNGSABSCHLUESSE EINER VERLUSTLOSEN LEITUNG 81
3.1.8.1 ANGEPASSTE LEITUNG 82
3.1.8.2 KURZGESCHLOSSENE LEITUNG 83
3.1.8.3 LEERLAUFENDE LEITUNG 85
3.1.8.4 ALLGEMEINER ABSCHLUSS 87
3.1.9 VERLUSTLOSE LEITUNGEN ALS IMPEDANZTRANSFORMATOREN 88
3.1.9.1 DER A/4-TRANSFORMATOR 88
3.1.9.2 DER A/2-TRANSFORMATOR 88
3.1.10 REFLEXIONSFAKTOR EINER VERLUSTLOSEN LEITUNG 89
3.1.11 SMITH-CHART-DIAGRAMM 92
3.2 ZEITSIGNALE AUF LEITUNGEN 97
IMAGE 3
INHALT 9
3.2.1 SPRUNGFOERMIGE SIGNALE 97
3.2.1.1 ANGEPASSTE QUELLE UND ANGEPASSTER ABSCHLUSS 97
3.2.1.2 ANGEPASSTE QUELLE UND FEHLANGEPASSTER (RESISTIVER) ABSCHLUSS....
99 3.2.1.3 ANGEPASSTE QUELLE UND FEHLANGEPASSTER (REAKTIVER) ABSCHLUSS
.... 101
3.2.1.4 FEHLANPASSUNG AN QUELLE UND LAST 103
3.2.2 RECHTECKFOERMIGE SIGNALE 106
3.3 AUGENDIAGRAMM 107
3.4 ZUSAMMENFASSUNG 110
3.5 UEBUNGSAUFGABEN ; 111
Q WELLENLEITER 113
4.1 UEBERBLICK UEBER TECHNISCH BEDEUTSAME LEITUNGSTYPEN 113
4.2 KOAXIALLEITUNGEN 115
4.2.1 INDUKTIVITAETSBELAG UND LEITUNGSWELLENWIDERSTAND 116
4.2.2 DAEMPFUNG BEI SCHWACHEN VERLUSTEN 118
4.2.2.1 METALLISCHE VERLUSTE 119
4.2.2.2 DIELEKTRISCHE VERLUSTE 119
4.2.3 NUTZBARER FREQUENZBEREICH 120
4.2.4 ANWENDUNGSGEBIETE 122
4.3 MIKROSTREIFENLEITUNGEN ( MICROSTRIP ) 122
4.3.1 WELLENWIDERSTAND UND EFFEKTIVE PERMITTIVITAETSZAHL 123
4.3.2 DISPERSION UND NUTZBARER FREQUENZBEREICH 126
4.3.3 ANWENDUNGSGEBIETE 127
4.4 STREIFENLEITUNG (STRIPLINE) 127
4.4.1 LEITUNGSWELLENWIDERSTAND 128
4.4.2 NUTZBARER FREQUENZBEREICH 128
4.4.3 ANWENDUNGSGEBIETE 129
4.5 RECHTECKHOHLLEITER 129
4.5.1 ALLGEMEINE UEBERLEGUNGEN 130
4.5.2 DIE//JO-GRUNDWELLE 133
4.5.3 HOEHERE WELLENTYPEN 136
4.5.4 EINSATZGEBIETE VON HOHLLEITERN 137
4.5.5 ANREGUNG VON HOHLLEITERWELLEN 138
4.5.6 HOHLRAUMRESONATOREN 139
4.6 ZWEIDRAHTLEITUNG 141
4.6.1 LEITUNGSWELLENWIDERSTAND 142
4.6.2 ANWENDUNGSGEBIETE 142
4.7 DREILEITERSYSTEME 143
IMAGE 4
10 INHALT
4.7.1 GLEICH-UND GEGENTAKTWELLEN 143
4.7.2 LEITUNGSWELLENWIDERSTAENDE UND AUSBREITUNGSKONSTANTEN 145 4.7.3
LEITUNGSABSCHLUSS 148
4.8 UEBUNGSAUFGABEN 148
Q STREUPARAMETER 150
5.1 MEHRTORGLEICHUNGEN IN MATRIXFORM 150
5.2 DEFINITION VON WELLENGROESSEN 151
5.3 STREUPARAMETER UND LEISTUNG 153
5.4 SPEZIELLE EIGENSCHAFTEN VON SCHALTUNGEN 156
5.4.1 ANPASSUNG 156
5.4.2 LEISTUNGSANPASSUNG 157
5.4.3 REZIPROZITAET (UEBERTRAGUNGSSYMMETRIE) 158
5.4.4 SYMMETRIE 159
5.4.5 VERLUSDOSIGKEIT BEI PASSIVITAET 159
5.4.6 RUECKWIRKUNGSFREIHEIT 160
5.4.7 BESONDERE BEDINGUNGEN BEI DREITOREN 160
5.5 BERECHNUNG VON STREUMATRIZEN 160
5.5.1 REFLEXIONSFAKTOREN 161
5.5.2 TRANSMISSIONSFAKTOREN 161
5.5.3 UMNORMIERUNG EINER STREUMATRIX AUF ANDERE TORWIDERSTAENDE 164 5.6
SIGNALFLUSSMETHODE 165
5.7 MESSUNG VON STREUPARAMETERN 171
5.8 UEBUNGSAUFGABEN 174
Q HOCHFREQUENZBAUELEMENTE UND -SCHALTUNGEN 177
6.1 ERSATZSCHALTBILDER KONZENTRIERTER BAUELEMENTE 177 I 6.1.1
WIDERSTAENDE 177
6.1.2 KONDENSATOREN 179
6.1.3 SPULEN 181
6.2 LEITUNGSRESONATOREN 182
F 6.2.1 A/2-RESONATOR 183
!* 6.2.2 A/4-RESONATOR 184
6.3 -.ANPASSSCHALTUNGEN 186
6.3.1 LC-ANPASSNETZWERKE 187
6.3.2 ANPASSUNG MIT LEITUNGEN 189
6.3.2.1 A/4-H:ANSFORMATOR 189
6.3.2.2 STICHLEITUNG UND BUTTERFLY-STUBS 191
IMAGE 5
INHALT 11
6.4 FILTER 193
6.4.1 KLASSISCHER LC-FILTERENTWURF MIT INDUKTIVITAETEN UND KAPAZITAETEN
193 6.4.2 ENTWURF VON BUTTERWORTH-FILTERN 195
6.4.2.1 FILTER MIT TIEFPASSVERHALTEN 195
6.4.2.2 FILTER MIT HOCHPASSVERHALTEN 198
6.4.2.3 FILTER MIT BANDPASSVERHALTEN 200
6.5 LEITUNGSFILTER 202
6.5.1 SEITENGEKOPPELTE FILTER {EDGE-COUPLED-LINE-FUETER) 203
6.5.2 SEITENGEKOPPELTE FILTER [HAIRPIN-FILTEI) 207
6.5.3 STEPPED-IMPEDANCE- FILTER 208
6.5.4 METALLISCH GESCHIRMTE FILTER (GEHAEUSERESONANZEN) 209
6.5.5 HOHLLEITUNGSFILTER 210
6.6 ZIRKULATOREN 211
6.7 LEISTUNGSTEILER 213
6.7.1 WILKINSON-LEISTUNGSTEILER 213
6.7.2 LEISTUNGSTEILER MIT UNGLEICHER LEISTUNGSAUFTEILUNG 215
6.8 BRANCHLINE-KOPPLER 216
6.8.1 KONVENTIONELLER 3-DB-KOPPLER 216
6.8.2 UNGLEICHE LEISTUNGSAUFTEILUNG UND IMPEDANZTRANSFORMATION 219 6.9
AAT-ITACE-KOPPLER 221
6.10 RICHTKOPPLER 222
6.11 SYMMETRIERGLIEDER 224
6.12 ELEKTRONISCHE SCHALTUNGEN 226
6.12.1 MISCHER 228
6.12.2 VERSTAERKER UND OSZILLATOREN 230
6.13 MODERNE HF-ENTWURFSWERKZEUGE 232
6.13.1 HF-SCHALTUNGSSIMULATOREN 232
6.13.2 ELEKTROMAGNETISCHE 3D-FELDSIMULATION 232
6.14 UEBUNGSAUFGABEN 236
Q ANTENNEN 238
7.1 GRUNDBEGRIFFE UND KENNGROESSEN 238
7.1.1 ANTENNEN ALS WELLENTYPWANDLER 238
7.1.2 NAHFELD UND FERNFELD 239
7.1.3 ISOTROPER KUGELSTRAHLER 240
7.1.4 KENNGROESSEN FUER DAS STRAHLUNGSFELD EINER ANTENNE 241
7.1.5 ANPASSUNG UND BANDBREITE 246
7.2 PRAKTISCHE ANTENNENBAUFORMEN 247
IMAGE 6
12 INHALT
7.3 MATHEMATISCHE BEHANDLUNG DES HERTZSCHEN DIPOLS 250
7.4 DRAHTANTENNEN 254
7.4.1 HALBWELLENDIPOL 255
7.4.2 MONOPOL 257
7.4.3 VERKUERZUNG VON MONOPOLANTENNEN 258
7.5 PLANARE ANTENNEN 259
7.5.1 RECHTECKIGE PATCH-ANTENNE 260
7.5.1.1 ABSTRAHLUNG EINES PATOFT-ELEMENTES 260
7.5.1.2 RESONANZFREQUENZ UND PAFCH-ABMESSUNGEN 261
7.5.1.3 SPEISUNG VON PATCH-ANTENNEN 262
7.5.2 PATOFE-ANTENNEN MIT ZIRKULARER POLARISATION 265
7.5.3 PLANARE DIPOL- UND JMRARTED-F-ANTENNEN 267
7.6 GRUPPENANTENNEN 269
7.6.1 EINZELCHARAKTERISTIK UND GRUPPENFAKTOR 269
7.6.2 PHASENGESTEUERTE ANTENNEN 273
7.6.3 STRAHLFORMUNG 278
7.7 WEITERE ANTENNENKONZEPTE 281
7.8 UEBUNGSAUFGABEN 281
Q FUNKWELLEN 283
8.1 WELLENAUSBREITUNGSEFFEKTE 283
8.1.1 REFLEXION UND BRECHUNG 283
8.1.2 ABSORPTION 284
8.1.3 BEUGUNG 284
8.1.4 STREUUNG 286
8.1.5 DOPPLER-EFFEKT 287
8.2 EINFACHE AUSBREITUNGSSZENARIEN 290
8.2.1 FREIRAUMAUSBREITUNG 290
8.2.2 DAEMPFUNG VON WELLEN IN LUFT 292
8.2.3 AUSBREITUNG UEBER EBENEM GRUND (ZWEIWEGEAUSBREITUNG) 293
8.2.4 RICHTFUNKSTRECKEN 296
J 8.2.5 GESCHICHTETE MEDIEN 298
8.3 KOMPLEXE UMGEBUNGEN 300
* * 8.3.1 MEHRWEGEAUSBREITUNG 300
8.3:2 CLUTTER FACTOR-MODEW 303
8.3.3 OKUMURA-HATA-MODEL 304
8.3.4 PHYSIKALISCHE MODELLE UND NUMERISCHE FELDBERECHNUNG 305 8.4
UEBUNGSAUFGABEN 308
IMAGE 7
INHALT 13
Q ANHANG 309
A.1 KOORDINATENSYSTEME 309
A.1.1 KARTESISCHES KOORDINATENSYSTEM 310
A.1.2 ZYLINDERKOORDINATENSYSTEM 311
A.1.3 KUGELKOORDINATENSYSTEM 312
A.2 LOGARITHMISCHE DARSTELLUNG VON TECHNISCHEN GROESSEN 313
A.2.1 DIMENSIONSLOSE GROESSEN 313
A.2.2 RELATIVE UND ABSOLUTE PEGEL 314
A.2.3 PEGELPLAN EINER UEBERTRAGUNGSSTRECKE 314
FORMELZEICHEN UND ABKUERZUNGEN 316
LITERATUR 319
INDEX 323
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