Ausbreitung Elektromagnetischer Wellen: Eine Einführung in Die Theorie

ISBN-13: 9783540068082 / Niemiecki / Miękka / 1974 / 268 str.

K. -D Becker; W. Rupprecht

Opis

Die vorliegende Vorlesung, deren Anregung auf meinen verehrten Lehrer, Herrn Prof. Dr.-Ing. habil G. Eckart zurtickgeht, wendet sich an Studenten der Fachrichtung Elek trotechnik ab dem 5. Semester. In ihr wird versucht, eine Auswahl aus der urn fang reichen Maxwellschen Theorie so zu treffen, daB der Leser in der Lage ist, Probleme der Ausbreitung elektromagnetischer Wellen und der Antennen mathematisch zu for mulieren und Ansatze zu ihrer Behandlung zu finden. Es wird dabei erwartet, daB der Leser neben den tiblichen mathematischen Grundkenntnissen, zu den en die Funktionen theorie zu zahlen ist, auch mit der Vektoranalysis vertraut ist. In das Literaturverzeichnis der einzelnen Kapitel wurden hauptsachlich die Quellen aufgenommen, die bei der Zusammenstellung der Kapitel wesentlich benutzt wurden. Dabei habe ich versucht, bei gut en Darstellungen mit moglichst wenig Anderungen auszukommen, urn dem Studenten ein Zurechtfinden zu erleichtern. Zusatzlich wur den Literaturstellen aufgenommen, die zum Weiterstudium empfohlen werden konnen oder bei der Losung der am Ende jedes Kapitels zu findenden Ubungsaufgaben ntitz lich sind. Vollstandigkeit kann dabei nicht erreicht werden und ist auch nicht beab sichtigt. Herr Prof. Dr. G. Eckart und Herr Assistenzprofessor Dr. K.-J. Langenberg waren so freundlich, das ganze Manuskript zu lesen. Ich verdanke ihnen und Herrn Prof."

Spis treści

Literatur.- 2. Die Maxwellschen Gleichungen.- 2.1 Axiomatische Einführung der Maxwellschen Gleichungen und Diskussion der Materialbeziehungen.- 2.2 Die Kramers-Kronig-Relationen.- 2.3 Die Kontinuitätsgleichung.- 2.4 Die Maxwellschen Gleichungen bei harmonischer Zeitabhängigkeit.- 2.5 Das Reziprozitätsgesetz.- 2.6 Die Energie eines elektromagnetischen Feldes; der Poyntingsche Satz und der komplexe Poyntingsche Vektor.- Aufgaben.- Literatur.- 3. Die Maxwellschen Gleichungen in homogenen Medien.- 3.1 Direkte Entkopplung.- 3.2 Die elektrodynamischen Potentiale.- 3.2.1 Vektorpotential und skalares Potential.- 3.2.2 Hertzscher Vektor.- 3.2.3 Fitzgeraldscher Vektor.- 3.2.4 Zur Darstellung des elektromagnetischen Feldes durch zwei skalare Potentiale.- Aufgaben.- Literatur.- 4. Die Maxwellschen Gleichungen in inhomogenen Medien.- 4.1 Allgemeine Betrachtungen.- 4.2 Die Separation nach Bromwich.- Aufgaben.- Literatur.- 5. Spezielle Lösungen der Maxwellschen Gleichungen.- 5.1 Separation der Wellengleichung in kartesischen Koordinaten.- 5.2 Die ebene Welle.- 5.2.1 Die ebene Welle iim Vakuum.- 5.2.2 Harmonische ebene Wellen.- 5.3 Ebene harmonische Wellen in verlustbehafteten Medien.- 5.4 Das skalare Potential einer raumfesten, zeitlich veränderlichen Punktladung.- 5.5 Die retardierten Potentiale.- 5.5.1 Die Dirac- oder Delta-Funktion.- 5.5.2 Retardiertes und avanciertes Potential.- Aufgaben.- Literatur.- 6. Phasen-, Gruppen- und Signalgeschwindigkeit.- 6.1 Phasen- und Gruppengeschwindigkeit.- 6.2 Signalgeschwindigkeit.- Aufgaben.- Literatur.- 7. Eindeutigkeitsfragen.- 7.1 Grundlösungen der Schwingungsgleichung.- 7.2 Die Sommerfeldschen Ausstrahlungsbedingungen für die skalare Schwingungsgleichung.- 7.3 Das Huygenssche Prinzip.- 7.4 Bestimmung des elektromagnetischen Feldes im homogenen Raum bei vorgegebenen stetigen Quellen im Endlichen.- 7.5 Die Ausstrahlungsbedingungen von C. Müller für die Feldgrößen.- 7.6 Physikalische Diskussion der Müllerschen Ausstrahlungsbedingungen.- 7.7 Zusammenhang von Sommerfeldschen und Müllerschen Ausstrahlungsbedingungen.- 7.8 Eindeutigkeitssätze.- Aufgaben.- Literatur.- 8. Das Grenzwertproblem und die Fresnelsche Reflexion.- 8.1 Einfallendes elektrisches Feld senkrecht zur Einfallsebene.- 8.2 Einfallendes magnetisches Feld senkrecht zur Einfallsebene.- 8.3 Spezialfälle des Einfallswinkels.- 8.3.1 Senkrechter Einfall.- 8.3.2 Streifender Einfall.- 8.4 Reflexion und Brechung an dielektrischen Medien.- Aufgaben.- Literatur.- 9. Einfache Strahlungsquellen und Antennenbegriffe.- 9.1 Der elektrische oder Hertzsche Dipol.- 9.1.1 Berechnung des elektromagnetischen Feldes.- 9.1.2 Diskussion der Hertzschen Lösung.- 9.2 Der harmonische elektrische Dipol.- 9.2.1 Das Strahlungsfeld.- 9.2.2 Strahlungsleistung und Strahlungswiderstand.- 9.3 Der magnetische oder Fitzgeraldsche Dipol.- 9.4 Der harmonische magnetische Dipol.- 9.4.1 Das Strahlungsfeld.- 9.4.2 Strahlungsleistung und Strahlungswiderstand.- 9.5 Die Strahlung einer dünnen linearen Antenne; der ?/2-Dipol.- 9.6 Der Antennengewinn.- 9.7 Die Absorptions- oder Wirkfläche einer Antenne.- 9.7.1 Die Definition der Wirkfläche im Empfangsfall.- 9.7.2 Die Wirkfläche im Sendefall.- 9.8 Der Radar- oder Rückstreuquerschnitt.- Aufgaben.- Literatur.- 10. Die Ausbreitung ultrakurzer Wellen.- 10.1 Einleitende Bemerkungen.- 10.2 Die UKW-Ausbreitung als Beugungsproblem.- 10.3 Die Ausbreitung im freien Raum.- 10.4 Die Ausbreitung auf optische Sicht.- 10.5 Das Rayleigh-Kriterium für rauhe Erdoberfläche.- 10.6 Die Abrahamsche Lösung.- 10.7 Erde und Atmosphäre.- 10.7.1 Allgemeine Bemerkungen.- 10.7.2 Der Brechungsindex der Troposphäre.- 10.8 Geometrisch-optische Betrachtungen.- 10.8.1 Zusammenhang zwischen Strahlkrümmung und Brechungs-indexgradient.- 10.8.2 Modifizierter Brechungsindex und Brechungsmodul.- 10.8.3 Der äquivalente Erdradius.- 10.8.4 Die Strahlenoptik als Hochfrequenznäherung.- 10.9 Die troposphärische Streuung.- 10.10 Ausbreitung über ebener Erde in homogener und inhomogener Atmosphäre.- 10.11 Ausbreitung über kugelförmiger Erde in homogener und inhomogener Atmosphäre.- 10.12 Die Bedeutung der Theorie der UKW-Ausbreitung.- Aufgaben.- Literatur.- 11. Die Ausbreitung von Langwellen.- 11.1 Die Ionosphäre.- 11.2 Wellenausbreitung in der Ionosphäre.- 11.3 Reflexion und Brechung elektromagnetischer Wellen an der Ionosphäre.- 11.3.1 Reflexion bei niedrigen Frequenzen.- 11.3.2 Reflexion bei hohen Frequenzen.- Aufgaben.- Literatur.- 12. Oberflächenwellen und Leckwellen.- 12.1 Einleitende Bemerkungen.- 12.2 Die Zenneck-Welle als Beispiel einer Oberflächenwelle.- 12.2.1 Die normale Zenneck-Welle.- 12.2.2 Die radial-zylindrische Zenneck-Welle.- 12.2.3 Diskussion der Oberflächenwellenbedingung.- 12.3 Der Einfluß der Oberfläche auf die Oberflächenwelle.- 12.4 Die Anregung von Oberflächenwellen.- 12.5 Leckwellen.- Aufgaben.- Literatur.- 13. Anhang.- 13.1 Die wichtigsten Formeln der Vektorrechnung.- 13.1.1 Vektoren und ihre Komponenten.- 13.1.2 Rechenoperationen.- 13.1.3 Anwendungen der Produktregeln.- 13.1.4 Differentiation eines Vektors nach einem skalaren Parameter.- 13.1.5 Skalarfelder und Vektorfelder.- 13.1.6 Der Gradient.- 13.1.7 Die Divergenz.- 13.1.8 Die Rotation.- 13.1.9 Rechenregeln für Differentialoperatoren.- 13.2 Die Landauschen Symbole o und O.- 13.3 Maxwellsche Gleichungen und Helmholtzsche Schwingungsgleichung in verschiedenen Koordinaten.- 13.3.1 Kartesische Koordinaten.- 13.3.2 Zylinderkoordinaten.- 13.3.3 Kugelkoordinaten.- Symbolverzeichnis.