Lehrbuch Der Hochfrequenztechnik: Erster Band Hochfrequenzfilter, Leitungen, Antennen

ISBN-13: 9783540158585 / Niemiecki / Miękka / 1986 / 430 str.

Otto Zinke; Heinrich Brunswig; Otto Zinke

Opis

Das Lehrbuch der Hochfrequenztechnik hat in der vorliegenden 3. Auflage wesentliche Erganzungen erfahren, die der Weiterentwicklung der Hochfrequenztechnik entsprechen. Herr Kollege BRUNSWIG war durch seine Arbeiten fUr die Sendertechnik der Rundfunkan stalten in der Bundesrepublik Deutschland verhindert, an der Herausgabe mitzuwirken. Der Unterzeichnete hat daher Herro Kollegen Prof. Dr.-Ing. A. VLCEK gebeten, als Mitherausgeber von Band 1 tatig zu sein. Ihm ist auBer der Durchsicht von Beitragen weiterer Ko-Autoren, besonders in den Kapiteln 4 und 5, die Erweiterung von 6.1 (Grundbegriffe der Strahlung) zu danken. In Kap. 1 schrieb er den erganzenden Abschnitt 1.4 (Energieerhaltungssatz, Impedanz, Admittanz und Gute-Definitionen). In Kapitel3 erganzte Herr Dr.-Ing. K. MAYER die Teile 3.1.5 (Transformatoren in Streifenleitungstechnik) sowie 3.3 (Breitbandige Leitungsubertrager zur Transformation und Symmetrierung aus Leitungen und Ferritbauelementen). Auch Kapitel4 erhielt wesentliche Erweiterungen: Abschnitt 4.7 (Streifenleitungen) wurde von Herro Dr.-Ing. R. BRIECHLE uberarbeitet und durch wesentliche Daten der Mikrostreifenleitung (microstrip) in 4.8 und koplanare Leitungen in 4.9.1 bis 4.9.4 erganzt. Herr Dr.-Ing. B. REMBOLD verfaBte nicht nur den Teil 4.9.5 (Offene Schlitzleitung (Slotline)), sondero auch den fUr mm-Wellenleiter wichtigen Abschnitt 4.10 (Geschirmte Schlitzleitungen (Finleitungen))."

Spis treści

0. Einleitung zum ersten Band.- 0.1 Literatur.- 1. Schwingkreise, Zweipole, Koppelfilter.- 1.1 Zeigerdiagramme von Spulen und Kondensatoren mit Verlusten (O. Zinke).- 1.2 Parallel- und Serienresonanzkreise.- 1.2.1 Verlustfrei angenommene Resonanzkreise (K.H. Vöge; O. Zinke).- 1.2.2 Verlustbehaftete Kreise (K. H. Vöge; O. Zinke).- 1.2.2.1 Resonanzkreise mit einem Verlustwiderstand.- 1.2.3 Resonanzkreise mit mehreren Verlustwiderständen (G. Dittmer; O. Zinke).- 1.2.4 Mehrfachspeiseschaltung aus konzentrierten Elementen (H. Brunswig).- 1.3 Kopplungsbandfilter in Übertragungssystemen (R. W. Lorenz).- 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 (A. Vlcek).- 1.4.1 Der Energieerhaltungssatz der Netzwerktheorie.- 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 (O. Zinke).- 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. Phasen-Geschwindigkeit.- 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 Anpas-Sungsfaktor.- 2.2 Verlustlos angenommene Leitungsabschnitte. Strom- und Spannungsverteilung. „Leitungsdiagramme“. Reflexionsfaktor.- 2.2.1 Strom- und Spannungsverteilung (O. Zinke).- 2.2.2 Eingangswiderstand und Reflexionsfaktor (O. Zinke).- 2.2.3 Leitungsdiagramme (A. Vlcek).- 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 (A. Vlcek).- 2.3 Offene bzw. kurzgeschlossene Leitungen mit Berücksichtigung der Dämpfung.- 2.3.1 Strom- und Spannungsverteilung offener und kurzgeschlossener Leitungen (O. Zinke).- 2.3.2 Eingangswiderstand offener und kurzgeschlossener Leitungen (O. Zinke).- 2.3.3 Leitungsresonatoren, ?/4-Leitungen als Resonatoren (O. Zinke).- 2.3.4 Bestimmung des Hochfrequenzwiderstandes von Leitern (O. Zinke).- 2.3.5 Bauformen von Leitungsresonatoren (A. Vlcek).- 2.4 Literatur.- 3. Hochfrequenztransformatoren und Symmetrierglieder.- 3.1 Hochfrequenztransformatoren. Übersicht (O. Zinke).- 3.1.1 Wicklungstransformatoren (O. Zinke).- 3.1.2 Resonanztransformatoren aus konzentrierten Elementen (R. W. Lorenz).- 3.1.3 Leitungstransformatoren aus homogenen verlustarmen Leitungen (K. Mayer).- 3.1.3.1 Einstufige Transformatoren mit ?/4-Leitung.- 3.1.3.2 Mehrstufige Transformatoren mit ?/4-Leitungen.- 3.1.3.3 Kompensierte ?/4-Transformatoren.- 3.1.4 Transformation mit inhomogenen verlustarmen Leitungen.- 3.1.4.1 Mathematische Beschreibung der inhomogenen Leitung (O. Zinke).- 3.1.4.2 Exponentialleitung und Tschebyscheff-Leitung als Beispiel von inhomogenen Leitungen (K. Mayer).- 3.1.4.3 Kompensierte inhomogene Leitungen (K. Mayer).- 3.1.4.4 Cosinus-Quadrat-Leitung und Radialleitung (O. Zinke).- 3.1.5 Transformatoren in Streifenleitungstechnik (K. Mayer).- 3.1.5.1 ?/4-Transformatoren in Streifenleitungstechnik.- 3.1.5.2 Inhomogene Leitungen in Streifenleitungstechnik.- 3.2 Übergang zwischen symmetrischen und unsymmetrischen Leitungen (O. Zinke).- 3.2.1 Symmetrieübertrager 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 (K. Mayer).- 3.4 Literatur.- 4. Eigenschaften und Dimensionierung von Koaxialkabeln, Streifenleitungen, Finleitungen, Richtkopplern und Hochfrequenzfiltern.- 4.1 Einführung (O. Zinke).- 4.2 Begriff des Feldwellenwiderstandes (O. Zinke).- 4.3 Zusammenhang zwischen Leitungswellenwiderstand und anderen Größen.- 4.3.1 Leitungswellenwiderstand und Feldwellen widerstand. Feldbild (O. Zinke).- 4.3.2 Leitungswellenwiderstand und Kapazitätsbelag (O. Zinke).- 4.3.3 Leitungswellenwiderstand und Induktivitätsbelag (O. Zinke).- 4.3.4 Ableitungs- und Widerstandsbelag (O. Zinke).- 4.3.5 Anwendungsbeispiel für die Kästchenmethode (R. W. Lorenz).- 4.4 Übertragene Leistung und Leistungsdichte (O. Zinke).- 4.5 Spannungsbeanspruchung, Leitungsdämpfung und Wärmebegrenzung bei Leistungskabeln (O. Zinke).- 4.6 Optimale Koaxialkabel (O. Zinke).- 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 (R. Briechle).- 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) (R. Briechle).- 4.8.1 Quasistatische Leitungskonstanten der Mikrostreifenleitung.- 4.8.2 Dispersion der Mikrostreifenleitung.- 4.8.3 Dämpfung der Mikrostreifenleitung.- 4.9 Koplanare Leitungen (R. Briechle, B. Rembold).- 4.9.1 Quasistatische Leitungskonstanten der Koplanarleitung (R. Briechle).- 4.9.2 Dispersion der Koplanarleitung (R. Briechle).- 4.9.3 Dämpfung der Koplanarleitung (R. Briechle).- 4.9.4 Koplanare Zweibandleitung (R. Briechle).- 4.9.5 Offene Schlitzleitung (Slotline) (B. Rembold).- 4.10 Geschirmte Schlitzleitungen (Finleitungen) (B. Rembold).- 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 (F. Arndt).- 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 F-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 (F. Arndt).- 4.12.1 Ringkoppler (180°- und 90°-Hybrid).- 4.12.2 Angepaßtes Dreitor (Wilkinson-Teiler).- 4.13 Mehrleitersysteme, Richtkoppler (F. Arndt).- 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 wider- Stand.- 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 (H. Vollhardt).- 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 (H. Stocker).- 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 vom Interdigitalwandlertyp.- 4.15.3.1 Übertragungseigenschaften.- 4.15.3.2 Entwurf.- 4.15.3.3 Herstellungsbereiche.- 4.15.4 Weitere akustische Oberflächenwellenfilter.- 4.16 Literatur.- 5. Feldmäßige Darstellung der Ausbreitung längs Wellenleitern.- 5.1 Maxwellsche Feldgleichungen (A. Vlcek).- 5.1.1 Wellengleichungen für E und H, die elektrodynamischen Potentiale A und ?.- 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 Hz und 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 (R. W. Lorenz).- 5.2.2 Berücksichtigung der Leiterverluste (R. W. Lorenz).- 5.2.3 Gegenüberstellung der Lecher-, Leitungs- und TEM-Wellen (R. W. Lorenz).- 5.2.4 Zusammenhang zwischen Feld- und Leitungsgrößen (O. Zinke).- 5.3 Ebene Wellen im unbegrenzten, bereichsweise homogenen Medium (A. Vlcek).- 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 (A. Vlcek).- 5.4.1 Dielektrische Plattenleiter.- 5.4.2 Kreiszylindrische, dielektrische Wellenleiter.- 5.4.3 Lichtwellenleiter (U. Zwick).- 5.4.3.1 Aufbau von Lichtwellenleitern und ihr Brechzahlprofil.- 5.4.3.2 Strahlenoptik und Wellenoptik.- 5.4.3.3 Dämpfung bei der Übertragung in Glasfasern.- 5.4.3.4 Dispersion bei der Übertragung in Glasfasern.- 5.5 Oberflächenwellenleiter (A. Vlcek).- 5.5.1 Dielektrisch beschichtete Metallplatte.- 5.5.2 Dielektrisch beschichteter Metalldraht.- 5.6 Metallische Wellenleiter für höhere Feldtypen (A. Vlcek).- 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 (A. Vlcek).- 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 (H. Vollhardt).- 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 (F. Arndt).- 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 (B. Rembold).- 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 (gyromagnetische Eigenschaften der Ionosphäre) (B. Rembold).- 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 (O. Zinke).- 6.1.2 Der Rahmen als gespeister magnetischer Dipol (O. Zinke).- 6.1.3 Hertzscher Dipol und Rahmenantenne als Empfangsantennen (H. Brunswig).- 6.1.4 Polarisation, Poincaré-Kugel (H. Brunswig; A. Vlcek).- 6.1.5 Strahlungsdichte, Strahlungsleistung, Strahlungswiderstände (O. Zinke).- 6.1.6 Antennensysteme. Multiplikatives Gesetz (O. Zinke).- 6.1.7 Richtfaktor. Äquivalenter Raumwinkel. Gewinn. Wirkfläche. Grundübertragungsgleichung (R.W. Lorenz; A. Vlcek).- 6.1.8 Grundgesetze der Strahlungskopplung (O. Zinke).- 6.1.9 Umkehrsatz (Reziprozitätssatz) für Sende- und Empfangsantennen (O. Zinke).- 6.2 Antennen mit einer größten Ausdehnung von etwa einer Wellenlänge.- 6.2.1 Fernfeldstärke einer beliebig langen Vertikalantenne über Erde (O. Zinke).- 6.2.2 Elektrisch kurze Antennen $\Big(l \ {\mathop \limits_=}\ {\lambda\over 8}\Big)$ über Erde (Mittel- und Langwellenantennen) (H. Brunswig; O. Zinke).- 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 (O. Zinke).- 6.2.4 Schwundmindernde Antennen $\Big(l \ {\mathop >\limits_=}\ {\lambda\over 2}\Big)$ über Erde (H. Brunswig).- 6.2.5 Symmetrischer Dipol im freien Raum (O. Zinke).- 6.2.6 Rahmenantennen. Ringantennen (H. Brunswig).- 6.2.7 Spiegelung vertikaler und horizontaler Antennen an der Erde (O. Zinke).- 6.2.8 Rundstrahlantennen mit horizontaler Polarisation (H. Brunswig).- 6.2.9 Reflektoren. Directoren (H. Brunswig; O. Zinke).- 6.2.10 Übergewinnantennen (Supergain Antennas) (G. Albert).- 6.2.11 Babinets Prinzip. Komplementäre Antennen (H. Bottenberg).- 6.2.12 Schlitzantennen (H. Brunswig; O. Zinke).- 6.3 Stark bündelnde Antennen mit Ausdehnungen groß zur Wellenlänge.- 6.3.1 Langdrahtantennen (H. Brunswig).- 6.3.2 Rhombusantennen (H. Brunswig).- 6.3.3 Richtantennen mit Dipolgruppen (H. Brunswig; O. Zinke).- 6.3.4 Komplementäre und logarithmisch-periodische Strukturen als Breitbandantennen (H. Hess; O. Zinke).- 6.3.5 Antennen mit elektrischer Diagrammschwenkung (Phased Arrays) G. Albert).- 6.3.6 Vertikal bündelnde, horizontal polarisierte Rundstrahler (H. Brunswig).- 6.3.7 Kreisgruppenantennen (H. Brunswig).- 6.3.8 Dielektrische Antennen als Längsstrahler (O. Zinke).- 6.3.9 Wendelantennen als Längsstrahler mit Zirkularpolarisation (O. Zinke).- 6.4 Aperturstrahler bzw. Flächenstrahler (Hornstrahler, Spiegel und Doppelspiegel, Linsenantennen) (H. Hess).- 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 Fernfeld-charakteristik.- 6.4.2 Horn- und Trichterstrahler.- 6.4.3 Spiegelantennen (Parabolspiegel, Hornparabol, Muschelantenne, Radarantennen).- 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 Luneburg-Linse.- 6.4.6.3 Beschleunigungslinsen.- 6.4.7 Umlenkantennen und Radarziele.- 6.4.8 Antennen für Radioteleskope und Interferometer.- 6.5 Literatur.- Anhang (A. Vlcek).