Hochfrequenztechnik 1: Hochfrequenzfilter, Leitungen, Antennen

ISBN-13: 9783540664055 / Niemiecki / Twarda / 1999 / 492 str.

Otto Zinke; Heinrich Brunswig; Anton Vlcek

Opis

Das zweib ndige Standardwerk behandelt Erzeugung, Verst rkung, Fortleitung, Ausstrahlung und Anwendung elektromagnetischer Signale ber den vollen Frequenzbereich, von einigen kHz bis zur optischen Nachrichtentechnik.
Band 1 geht auf Schwingkreise, Hochfrequenz bertrager und -filter, Eigenschaften von Koaxialkabeln, Mikrostreifenleitungen, Koplanar- und Fin-Leitungen, Richtkoppler, Lichtwellenleiter, Oberfl chenwellen-Filter, Hohlleiter, gyromagnetische Medien, Antennen sowie Quarzfilter ein. F r die 6. Auflage wurden an mehreren Stellen Aktualisierungen und nderungen vorgenommen.'

Spis treści

0. Einleitung zum ersten Band.- 0.1 Literatur.- 1. Schwingkreise, Zweipole, Koppelfilter aus konzentriert und passiv wirkenden Bauelementen.- 1.1 Zeigerdiagramme von Spulen und Kondensatoren mit Verlusten.- 1.2 Parallel-und Serienresonanzkreise.- 1.2.1 Verlustfrei angenommene Resonanzkreise.- 1.2.2 Resonanzkreise mit einem Verlustwiderstand.- 1.2.3 Resonanzkreise mit mehreren Verlustwiderständen.- 1.2.4 Mehrfachspeiseschaltung aus konzentrierten Elementen.- 1.3 Kopplungsbandfilter in Übertragungssystemen.- 1.3.1 Zweikreisige Kopplungsbandfilter.- 1.3.1.1 Analytische Berechnung zweikreisiger Kopplungsfilter.- 1.3.1.2 Dimensionierung zweikreisiger Kopplungsfilter.- 1.3.2 Anpassungsschaltungen.- 1.3.3 Mehrkreisige Kopplungsbandfilter.- 1.3.3.1 Der normierte Tiefpaß.- 1.3.3.2 Entnormierung.- 1.3.3.3 Tiefpaß-Bandpaßtransformation.- 1.3.3.4 Negativgyrator und Entwicklung der Kopplungsbandfilter.- 1.3.4 Verluste in Reaktanzfiltern.- 1.3.5 Anwendungsbereich aktiver Filterschaltungen.- 1.4 Energieerhaltungssatz, Impedanz, Admittanz und Güte-Definitionen.- 1.4.1 Der Energieerhaltungssatz der Netwerktheorie.- 1.4.2 Impedanz und Admittanz.- 1.4.3 Definition der Güte aus dem Phasenwinkel.- 1.4.4 Definition der Güte mit Hilfe der gesamten gespeicherten Energie.- 1.4.5 Definition der Güte aus der Phasensteilheit.- 1.4.6 Definition der Güte aus der Bandbreite bei Resonanz.- 1.5 Literatur.- 2. Ausbreitung von Lecher-Wellen auf Leitungen und Kabeln.- 2.1 Ableitung der Leitungsgleichungen.- 2.1.1 Differentialgleichungen für Strom und Spannung in Abhängigkeit von Ort und Zeit.- 2.1.2 Lösung der Differentialgleichung für rein sinusförmige Vorgänge.- 2.1.3 Exakte Darstellung der Dämpfungs-und Phasenkonstante. Phasengeschwindigkeit.- 2.1.4 Leitungswellenwiderstand. Frequenzabhängigkeit von R’, G’, L’ und ZL.- 2.1.5 Strom-und Spannungsverteilung auf der Leitung.- 2.1.6 Eingangswiderstand und Reflexionsfaktor. Welligkeits-und Anpassungsfaktor.- 2.2 Verlustlos angenommene Leitungsabchnitte. Strom-und Spannungsverteilung. „Leitungsdiagramme“. Reflexionsfaktor.- 2.2.1 Strom-und Spannungsverteilung.- 2.2.2 Eingangswiderstand und Reflexionsfaktor.- 2.2.3 Leitungsdiagramme.- 2.2.3.1 Das Leitungsdiagramm erster Art (Buschbeck-Diagramm).- 2.2.3.2 Das Leitungsdiagramm zweiter Art (Smith-Diagramm).- 2.2.4 Anwendungsbeispiele für Leitungsdiagramme.- 2.3 Offene bzw. kurzgeschlossene Leitungen mit Berücksichtigung der Dämpfung.- 2.3.1 Strom-und Spannungsverteilung offener und kurzgeschlossener Leitungen.- 2.3.2 Eingangswiderstand offener und kurzgeschlossener Leitungen 84.- 2.3.3 Leitungsresonatoren, ?/4-Leitungen als Resonatoren.- 2.3.4 Bestimmung des Hochfrequenzwiderstandes von Leitern.- 2.3.5 Bauformen von Leitungsresonatoren.- 2.4 Reflexionsfaktor, transportierte Wirkleistung und Anpassungen verlustbehafteter Leitungen (Reflexionsanpassung, Leistungsanpassung).- 2.4.1 Reflexionsfaktor.- 2.4.2 Transportierte Leistung, Reflexionsanpassung, Leistungsanpassung.- 2.5 Literatur.- 3. Hochfrequenztransformatoren und Symmetrierglieder.- 3.1 Hochfrequenztransformatoren. Übersicht.- 3.1.1 Wicklungstransformatoren.- 3.1.2 Resonanztransformatoren aus konzentrierten Elementen.- 3.1.3 Leitungstransformatoren aus homogenen verlustarmen Leitungen.- 3.1.3.1 Einstufige Transformatoren mit ?/4-Leitung.- 3.1.3.2 Mehrstufige Transformatoren mit ?/4-Leitung.- 3.1.3.3 Kompensierte?/4-Transformatoren.- 3.1.4 Transformation mit inhomogenen verlustarmen Leitungen.- 3.1.4.1 Mathematische Beschreibung der inhomogenen Leitung.- 3.1.4.2 Exponentialleitung und Tschebyscheff-Leitung als Beispiel von inhomogenen Leitungen.- 3.1.4.3 Kompensierte inhomogene Leitungen.- 3.1.4.4 Cosinus-Quadrat-Leitung und Radialleitung.- 3.1.5 Transformatoren in Streifenleitungstechnik.- 3.1.5.1 ?/4-Transformatoren in Streifenleitungstechnik.- 3.1.5.2 Inhomogene Leitungen in Streifenleitungstechnik.- 3.1.5.3 Planare Impedanztransformatoren mit Abmessungen 1 «?.- 3.2 Übergang zwischen symmetrischen und unsymmetrischen Leitungen.- 3.2.1 Symmetrierübertrager mit Wicklungen.- 3.2.2 Symmetrierübertrager aus Leitungselementen.- 3.2.2.1 Sperrtöpfe.- 3.2.2.2 Symmetriertöpfe und Symmetrierschleifen.- 3.2.2.3 Schlitzübertrager.- 3.2.2.4?/2-Umwegleitung.- 3.3 Breitbandige Leitungsübertrager zur Transformation und Symmetrierung aus Leitungen und Ferritbauelementen.- 3.4 Literatur.- 4. Eigenschaften und Dimensionierung von Koaxialkabeln, Streifenleitungen, Finleitungen, Richtkopplern und Hochfrequenzfilter.- 4.1 Begriff des Feldwellenwiderstandes.- 4.2 Leitungswellenwiderstand und Kapazitätsbelag.- 4.3 Leitungswellenwiderstand und Induktivitätsbelag.- 4.4 Übertragene Leistung und Leistungsdichte.- 4.5 Spannungsbeanspruchung, Leitungsdämpfung und Wärmebegrenzung bei Leistungskabeln.- 4.6 Optimale Koaxialkabel.- 4.6.1 Wellenwiderstand des Koaxialkabels.- 4.6.2 Kabel minimaler Dämpfung.- 4.6.3 Kabel größter Spannungsfestigkeit.- 4.6.4 Kabel bester Leistungsübertragung.- 4.7 Streifenleitungen.- 4.7.1 Überblick über verschiedene Bauarten und Anwendungen.- 4.7.2 Feldtypen bei Streifenleitungen.- 4.7.3 Quasistatische Leitungskonstanten.- 4.7.4 Geschirmte Streifenleitung (Stripline, Triplateline).- 4.8 Mikrostreifenleitung (Microstrip).- 4.8.1 Quasistatische Leitungskonstanten der Mikrostreifenleitung.- 4.8.2 Dispersion der Mikrostreifenleitung.- 4.8.3 Dämpfung der Mikrostreifenleitung.- 4.9 Koplanare Leitungen.- 4.9.1 Quasistatische Leitungskonstanten der Koplanarleitung.- 4.9.2 Dispersion der Koplanarleitung.- 4.9.3 Dämpfung der Koplanarleitung.- 4.9.4 Koplanare Zweibandleitung.- 4.9.5 Offene Schlitzleitung (Slotline).- 4.10 Geschirmte Schlitzleitungen (Finleitungen).- 4.10.1 Leitungseigenschaften.- 4.10.2 Anwendung von Finleitungen.- 4.10.2.1 PIN-Dioden-Dämpfungsglied.- 4.10.2.2 Gegentaktmischer.- 4.10.2.3 Bandpaßfilter.- 4.11 Streumatrix und Wellenkettenmatrix.- 4.11.1 Definition der Streumatrix.- 4.11.2 Bedeutung der Streumatrixkoeffizienten, Reflexionskoeffizient, Transmissionskoeffizient.- 4.11.3 Definition der zu- und ablaufenden Wellen aus der Wirkleistung.- 4.11.4 Berechnung der Streumatrix aus der Y-Matrix und der Z-Matrix.- 4.11.5 Streumatrix bei verlustfreien Mehrtoren mit reellen Abschlußwiderständen, Unitaritätsrelation.- 4.11.6 Wellenkettenmatrix.- 4.12 Streumatrix von angepaßten Leistungsteilern.- 4.12.1 Ringkoppler (180°- und 90°-Hybrid).- 4.12.2 Angepaßtes Dreitor (Wilkinson-Teiler).- 4.13 Mehrleitersysteme, Richtkoppler.- 4.13.1 Gekoppelte TEM-Wellenleitungen.- 4.13.1.1 Leitungsdifferentialgleichungen.- 4.13.1.2 Gleich-und Gegentakterregung.- 4.13.1.3 Kettenmatrix.- 4.13.1.4 Streumatrix beim Abschluß mit dem Leitungswellen-widerstand.- 4.13.2 TEM-Wellen-Richtkoppler.- 4.13.2.1 Definitionen und Veranschaulichung der Richtwirkung.- 4.13.2.2 Ortsabhängige Kopplung.- 4.13.3 Modifizierte Koppelabschnitte zur Erzielung hoher Kopplung.- 4.13.3.1 Tandemkoppler.- 4.13.3.2 Interdigitalkoppler (Lange-Koppler) und Streifen-Schlitz-Koppler (DeRonde-Koppler).- 4.13.4 Modifizierte Koppelabschnitte zur Erhöhung der Richtwirkung bei Mikrostreifenleitungskopplern.- 4.13.5 Richtkoppler für Millimeterwellen.- 4.13.6 Filter und Phasenschieber aus gekoppelten Wellenleitungen.- 4.14 Mikrowellenfilter mit Leitungen.- 4.14.1 Richards-Transformation.- 4.14.2 Bandsperre mit Leitungsresonatoren, Schaltungsumwandlungen.- 4.14.3 Bandpaß mit parallelgekoppelten ?0/2-Resonatoren.- 4.14.4 Interdigital- und Kammleitungs-Bandpässe.- 4.15 Akustische Oberflächenwellenfilter.- 4.15.1 Einführung.- 4.15.2 Interdigitalwandler.- 4.15.2.1 ?-Funktionen-Modell.- 4.15.2.2 Ersatzschaltungsmodell.- 4.15.2.3 Ausführungsformen.- 4.15.3 Filter vorn Interdigitalwandlertyp.- 4.15.3.1 Übertragungseigenschaften.- 4.15.3.2 Entwurf.- 4.15.3.3 Herstellungsbereiche.- 4.15.4 Oberflächenwellenfilter mit niedriger Einfügungsdämpfung.- 4.15.4.1 Techniken zur Verringerung der Einfügungsdämpfung.- 4.15.4.2 Einsatz in Mobilfunkgeräten.- 4.15.5 Weitere akustische Oberflächenwellenfilter.- 4.16 Quarzfilter.- 4.16.1 Einleitung.- 4.16.2 Der Quarz als frequenzselektives Bauelement.- 4.16.3 Betriebseigenschaften von Quarzfiltern.- 4.16.4 Quarzfilter in Abzweigschaltung.- 4.16.5 Quarzfilter in Brückenschaltung.- 4.16.6 Monolithische Quarzfilter.- 4.16.7 Quarzfilter mit einstellbarer Bandbreite.- 4.16.8 Zur Synthese von Quarzfiltern.- 4.17 Literatur.- 5. Feldmäßige Darstellung der Ausbreitung längs Wellenleitern.- 5.1 Maxwellsche Feldgleichungen.- 5.1.1 Wellengleichungen für E and H, die elektrodynamischen Potentiale A und Õ.- 5.1.2 Maxwellsche Feldgleichungen in Komponentendarstellung.- 5.1.2.1 Spezialisierung auf den Fall harmonischer Vorgänge.- 5.1.3 Feldwellengleichungen für die axialen Komponenten Ez und Hzund die Gleichungen für die restlichen Feldkomponenten.- 5.1.4 Grenzbedingungen für die elektrischen und magnetischen Feldgrößen.- 5.1.5 Poyntingscher Vektor und Poyntingscher Satz.- 5.2 Beziehungen zwischen Feldtheorie und Leitungstheorie. Kritik der Leitungsgleichungen für Leitungen vom Lecher-Typ.- 5.2.1 TEM-Wellen.- 5.2.2 Berücksichtigung der Leiterverluste.- 5.2.3 Gegenüberstellung der Lecher-, Leitungs- und TEM-Wellen.- 5.3 Ebene Wellen im unbegrenzten, bereichsweise homogenen Medium.- 5.3.1 Homogene ebene Welle, TEM-Welle.- 5.3.2 TE-Wellen (H-Wellen) und TM-Wellen (E-Wellen).- 5.3.3 Reflexions-und Brechungsgesetze.- 5.4 Dielektrische Wellenleiter.- 5.4.1 Dielektrische Plattenleiter.- 5.4.2 Kreiszylindrische, dielektrische Wellenleiter.- 5.4.3 Lichtwellenleiter.- 5.4.3.1 Aufbau von Lichtwellenleitern und ihr Brechzahlprofil.- 5.4.3.2 Strahlenoptik und Wellenoptik.- 5.4.3.3 Strahlenoptische Beschreibung von MultimodeLichtwellenleitern.- 5.4.3.4 Wellenoptische Beschreibung von Lichtwellenleitern.- 5.4.3.5 Dämpfung.- 5.4.3.6 Dispersion.- 5.4.3.7 Optische Übertragungssysteme.- 5.4.3.7.1 Optische Sender.- 5.4.3.7.2 Optische Empfänger.- 5.4.3.7.3 Systeme und Modulationsverfahren.- 5.5 Oberflächenwellenleiter.- 5.5.1 Dielektrisch beschichtete Metallplatte.- 5.5.2 Dielektrisch beschichteter Metalldraht.- 5.6 Metallische Wellenleiter für höhere Feldtypen.- 5.6.1 Die Zweiplattenleitung.- 5.6.2 Der Rechteckhohlleiter.- 5.6.3 Der Rundhohlleiter.- 5.6.4 Verallgemeinerte Leitungsgleichungen. Hohlleiterersatzbilder und Wirkdämpfung der Hohlleiterwellen.- 5.6.5 Koaxialleitung mit höheren Feldtypen.- 5.7 Bauelemente der Hohlleitertechnik.- 5.7.1 Verzweigungsschaltungen für Rechteckhohlleiter.- 5.7.2 Metallische Blenden und Stifte in Hohlleitern.- 5.7.3 Hohlleiter mit inhomogenem dielektrischem Stoffeinsatz.- 5.7.4 Hohlraumresonatoren.- 5.7.5 Filter mit Hohlleiter-und dielektrischen Resonatoren.- 5.7.5.1 Rechteckhohlleiter-Bandpaß.- 5.7.5.2 Doppelausnutzung von Hohlleiter-Resonatoren.- 5.7.5.3 Filter mit dielektrischen Resonatoren.- 5.7.6 Hohlleiterrichtkoppler.- 5.7.6.1 Aperturkoppler.- 5.7.6.2 Breitschlitzkoppler.- 5.7.6.3 Weitere Hohlleiterrichtkoppler.- 5.8 Wellenausbreitung in gyromagnetischen Medien (richtungsabhängige Bauelemente, Ferrite und Granate).- 5.8.1 Grundlagen.- 5.8.1.1 Die richtungsabhängige Permeabilität.- 5.8.1.2 Wellenausbreitung in vormagnetisierten Ferriten.- 5.8.2 Anwendung bei nichtreziproken Bauelementen.- 5.8.2.1 Zirkulatoren (Richtungsgabeln).- 5.8.2.2 Einwegleitungen (Richtungsleitungen).- 5.9 Wellenausbreitung in einem Plasma mit magnetischem Gleichfeld (gyromagenetische Eigenschaften der Ionosphäre).- 5.9.1 Grundlagen.- 5.9.2 Wellenausbreitung.- 5.10 Literatur.- 6. Elektromagnetische Strahlung und Antennen.- 6.1 Grundbegriffe der Strahlung.- 6.1.1 Feldgleichungen und Strahlungscharakteristik des Hertzschen Dipols.- 6.1.2 Der Rahmen als gespeister magnetischer Dipol.- 6.1.3 Hertzscher Dipol und Rahmenantenne als Empfangsantennen.- 6.1.4 Polarisation, Poincaré-Kugel.- 6.1.5 Strahlungsdichte, Strahlungsleistung, Strahlungswiderstände.- 6.1.6 Antennensysteme. Multiplikatives Gesetz.- 6.1.7 Richtfaktor. Äquivalenter Raumwinkel. Gewinn. Wirkfläche Grundübertragungsgleichung.- 6.1.8 Grundgesetze der Strahlungskopplung.- 6.1.9 Umkehrsatz (Reziprozitätssatz) für Sende-und Empfangsantennen.- 6.1.10 Reziprozitätstheorem der Elektrodynamik.- 6.2 Antennen mit einer gröten Ausdehnung von etwa einer Wellenlänge.- 6.2.1 Fernfeldstärke einer beliebig langen Vertikalantenne über Erde.- 6.2.2 Elektrisch kurze Antennen (???/8) über Erde (Mittel-und Langwellenantennen).- 6.2.2.1 Feldstärke und Strahlungswiderstand.- 6.2.2.2 Erdwiderstände. Antennenwirkungsgrad.- 6.2.2.3 Effektive Höhe elektrisch kurzer Antennen.- 6.2.2.4 Anpassung elektrisch kurzer Antennen. XK-Schaltung.- 6.2.2.5 Verlängerung elektrisch kurzer Antennen.- 6.2.3?/4- und?/2-Antenne über Erde.- 6.2.4 Schwundmindernde Antennen (???/2) über Erde.- 6.2.5 Symmetrischer Dipol im freien Raum.- 6.2.6 Rahmenantennen. Ringantennen.- 6.2.7 Spiegelung vertikaler und horizontaler Antennen an der Erde.- 6.2.8 Rundstrahlantennen mit horizontaler Polarisation.- 6.2.9 Reflektoren. Directoren.- 6.2.10 Ubergewinnantennen (Supergain Antennas).- 6.2.11 Babinets Prinzip. Komplementäre Antennen.- 6.2.12 Schlitzantennen.- 6.3 Stark bündelnde Antennen mit Ausdehnungen groß zur Wellenlänge.- 6.3.1 Langdrahtantennen.- 6.3.2 Rhombusantennen.- 6.3.3 Richtantennen mit Dipolgruppen.- 6.3.4 Komplementäre und logarithmisch-periodische Strukturen als Breitbandantennen.- 6.3.5 Antennen mit elektrischer Diagrammschwenkung (Phased Arrays).- 6.3.6 Vertikal bündelnde, horizontal polarisierte Rundstrahler.- 6.3.7 Kreisgruppenantennen.- 6.3.8 Dielektrische Antennen als Längsstrahler.- 6.3.9 Wendelantennen als Längsstrahler mit Zirkularpolarisation.- 6.3.10 Planarantennen.- 6.4 Aperturstrahler bzw. Flächenstrahler (Hornstrahler, Spiegel und Doppelspiegel, Linsenantennen).- 6.4.1 Prinzipien der Aperturstrahler.- 6.4.1.1 Geometrische Optik und ihre Grenzen.- 6.4.1.2 Beugungstheorie.- 6.4.1.3 Zusammenhang zwischen Aperturbelegung und Fernfeldcharakteristik.- 6.4.2 Horn-und Trichterstrahler.- 6.4.3 Spiegelantennen (Parabolspiegel, Hornparabol, Muschelantenne, Radarantenne).- 6.4.3.1 Parabolspiegel.- 6.4.3.2 Hornparabol und Muschelantenne.- 6.4.3.3 Radarantennen.- 6.4.4 Doppelspiegelsysteme (Cassegrain-und Gregory-Systeme).- 6.4.5 Erreger für Spiegelantennen.- 6.4.6 Linsenantennen.- 6.4.6.1 Verzögerungslinsen.- 6.4.6.2 Luneberg-Linse.- 6.4.6.3 Beschleunigungslinsen.- 6.4.7 Umlenkantennen und Radarziele.- 6.4.8 Antennen für Radioteleskope und Interferometer.- 6.5 Literatur.

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Das zweibändige Standardwerk behandelt Erzeugung, Verstärkung, Fortleitung, Ausstrahlung und Anwendung elektromagnetischer Signale über den vollen Frequenzbereich, von einigen kHz bis zur optischen Nachrichtentechnik.
Band 1 geht auf Schwingkreise, Hochfrequenzübertrager und -filter, Eigenschaften von Koaxialkabeln, Mikrostreifenleitungen, Koplanar- und Fin-Leitungen, Richtkoppler, Lichtwellenleiter, Oberflächenwellen-Filter, Hohlleiter, gyromagnetische Medien, Antennen sowie Quarzfilter ein. Für die 6. Auflage wurden an mehreren Stellen Aktualisierungen und Änderungen vorgenommen.'