Die Darstellung der Hochfrequenztechnik mit systemtheoretischen Methoden steht im Mittelpunkt dieses grundlegenden Lehrbuchs. Durch den systemtheoretischen Ansatz muß sich der Student weder mit den schwierigen feldtheoretischen Grundlagen befassen, noch sich mit der konkreten Hochfrequenz-Schaltungstechnik auseinandersetzen, die einem schnellen technologischen Wandel unterliegt. Merksätze, Kapitelzusammenfassungen, Fragen zur Wissensüberprüfung und zahlreiche anschauliche Abbildungen und Übersichten unterstützen dieses didaktische Konzept. Damit schließt das Buch die Lücke zwischen Mikrowellentechnik, Schaltungstechnik und Systemtheorie der Nachrichtentechnik.
Geschickte Einführung in die Hochfrequenztechnik
Einmalig: der für Studenten besonders eingängige systemtheoretische Zugang
Leichtes Lernen ohne schwierige Feldtheorie
Ausgefeiltes didaktisches Konzept mit vielen Lernhilfen
Inhalt
1 Einführung.- 1.1 Historischer Vorspann.- 1.2 Themenstellung der Hochfrequenztechnik.- 1.3 Frequenzbereiche und Wellenlängen.- 2 Mathematische Hilfsmittel der HF-Technik (I): Fourier-Reihen und Integral-Transformationen.- 2.1 Fourierreihen.- 2.2 Trigonometrische Approximation nichtperiodischer Funktionen.- 2.3 Fouriertransformation.- 2.4 Laplacetransformation.- 2.5 Zusammenfassung.- 2.6 Übungsaufgaben und Fragen zum Verständnis.- 3 Wellen auf Leitungen.- 3.1 Ein einfaches Leitungsersatzschaltbild.- 3.2 Die eindimensionale Wellengleichung.- 3.3 Harmonische Wellen.- 3.4 Lösung der Telegraphengleichung für verlustarme Leitungen.- 3.5 Beispiele typischer Leitungen.- 3.5.1 Die Koaxialleitung.- 3.5.2 Die Mikrostreifenleitung.- 3.6 Zur Gültigkeit des Leitungsersatzschaltbildes.- 3.7 Normierte Wellen.- 3.8 Zusammenfassung.- 3.9 Übungsaufgaben und Fragen zum Verständnis.- 4 Leitung und Last.- 4.1 Die Leitung endlicher Länge.- 4.2 Der komplexe Reflexionsfaktor.- 4.3 Impedanztransformation durch Leitungen.- 4.4 Stehende Wellen.- 4.5 Zusammenfassung.- 4.6 Aufgaben und Fragen zum Verständnis.- 5 Wellenquellen.- 5.1 Spannungs-und Stromquellen als Wellenquellen.- 5.2 Wellenquellen als Spannungs-und Stromquellen.- 5.3 Anpassung.- 5.4 Der Wirkungsgrad der Quelle.- 5.5 Zusammenfassung.- 5.6 Übungsaufgaben und Fragen zum Verständnis.- 6 Mathematische Hilfsmittel der HF-Technik (II): Geraden und Kreise in der komplexen Ebene.- 6.1 Kurven in der komplexen Ebene.- 6.1.1 Kurvendarstellungen.- 6.1.2 Geraden.- 6.1.3 Kreise.- 6.2 Die Bilineartransformation.- 6.3 Das Smith-Diagramm.- 6.3.1 Das Reflexionsfaktordiagramm für normierte Impedanzen.- 6.3.2 Das Reflexionsfaktordiagramm für normierte Admittanzen.- 6.3.3 Das gemeinsame Reflexionsfaktordiagramm für normierte Impedanzen und normierte Admittanzen.- 6.4 Zusammenfassung.- 6.5 Übungsaufgaben und Fragen zum Verständnis.- 7 Anwendungen der Smith-Chart.- 7.1 Impedanztransformationen mit Hilfe eines Bauelementes.- 7.2 Impedanztransformation mit Hilfe zweier Bauelemente.- 7.3 Frequenzgangdarstellung im Smith-Diagramm.- 7.4 Bestimmung von Stehwellenverhältnis und Anpaßfaktor.- 7.5 Zusammenfassung.- 7.6 Übungsaufgaben und Fragen zum Verständnis.- 8 Beschreibung von N-Toren durch normierte Wellen.- 8.1 N-Tore als Grundlage einer Systemtheorie der Hochfrequenztechnik.- 8.2 Wellen-N-Tore.- 8.3 Lineare zeitinvariante Wellen-N-Tore.- 8.3.1 Streumatrizen.- 8.3.2 Leistungsbeziehungen.- 8.3.3 Transmissionsmatrizen.- 8.3.4 Mischkettenmatrizen.- 8.4 Zusammenfassung.- 8.5 Übungsaufgaben und Fragen zum Verständnis.- 9 Mathematische Hilfsmittel der HF-Technik (III): Signalfluß-Diagramme.- 9.1 Signalflußgraphen.- 9.2 Die Masonregel.- 9.3 Umformung und Reduktion von Signalflußgraphen.- 9.4 Zur Erstellung von Signalflußgraphen.- 9.5 Zusammenfassung.- 9.6 Übungsaufgaben und Fragen zum Verständnis.- 10 Übertragungsfunktionen, Gewinne und Laufzeiten.- 10.1 Übertragungsfunktionen.- 10.1.1 Die systemtheoretische Definition.- 10.1.2 Die Cauersche Betriebsübertragungsfunktion.- 10.1.3 Die idealisierte Übertragungsfunktion.- 10.1.4 Kritik an den vorangegangenen Definitionen.- 10.1.5 Auf der Basis von normierten Wellen definierte Übertragungsfunktionen.- 10.1.6 Übertragungsfunktionen von Kettenschaltungen aus Zweitoren.- 10.1.7 Verallgemeinerung auf beliebige N-Tore.- 10.2 Gewinne und Verluste.- 10.2.1 Definitionen.- 10.2.2 Logarithmische Maße.- 10.2.3 Kritischer Vergleich der Gewinndefinitionen.- 10.2.4 Gewinne von Kettenschaltungen.- 10.3 Lineare Verzerrungen.- 10.3.1 Amplituden-und Phasengang.- 10.3.2 Die Phasenlaufzeit.- 10.3.3 Bandpaßsignale.- 10.3.4 Die Gruppenlaufzeit.- 10.3.5 Verzögerung der Impulsantwort.- 10.4 Zusammenfassung.- 10.5 Übungsaufgaben und Fragen zum Verständnis.- 11 Filter-Prototypen.- 11.1 Einführende Beispiele.- 11.1.1 Ein RL-Tiefpaß.- 11.1.2 Ein RL-Hochpaß.- 11.1.3 Ein RLC-Bandpaß.- 11.1.4 Eine RLC-Bandsperre.- 11.2 Die Filtertheorie als Approximationsaufgabe.- 11.2.1 Toleranzschemata.- 11.2.2 Die Approximationsaufgabe.- 11.2.3 Lösung der Approximationsaufgabe mit rationalen Funktionen.- 11.3 Tiefpaß-Prototypen.- 11.3.1 Potenz- oder Butterworth-Tiefpässe.- 11.3.2 Tschebyscheff-Tiefpässe.- 11.3.3 Tiefpässe mit inverser Tschebyscheff-Charakteristik.- 11.3.4 Cauer-Tiefpässe.- 11.3.5 Bessel-Tiefpässe.- 11.3.6 Tiefpaßprototypen mit Nullstellen-Transformation.- 11.3.7 Tiefpaßprototypen mit Polstellen-Transformation.- 11.4 Transformation von Filter-Prototypen.- 11.4.1 Hochpaß-Tiefpaß-Transformation.- 11.4.2 Bandpaß-Tiefpaß-Transformation.- 11.4.2.1 Symmetrierung der Durchlaßgrenzen.- 11.4.2.2 Symmetrierung der Sperrgrenzen.- 11.4.3 Bandsperren-Tiefpaß-Transformation.- 11.5 Allpässe.- 11.5.1 Rationale Allpaß-Übertragungsfunktionen.- 11.5.2 Abtrennung von Allpässen aus allgemeinen rationalen Übertragungsfunktionen.- 11.5.3 Gruppenlaufzeitentzerrung.- 11.6 Zusammenfassung.- 11.7 Übungsaufgaben und Fragen zum Verständnis.- 12 Synthese verlustarmer Filter.- 12.1 Bauelemente.- 12.1.1 Idealisierte Kapazitäten.- 12.1.2 Idealisierte Induktivitäten.- 12.1.3 Reale Kapazitäten und Induktivitäten.- 12.1.4 Übertrager.- 12.1.5 Idealisierte Leitungsbauelemente.- 12.1.6 Leitungsbauelemente in realen Schaltungen.- 12.2 Betriebsparameter.- 12.3 Synthesealgorithmen.- 12.3.1 Tiefpässe.- 12.3.1.1 Abbau von Polen im Unendlichen.- 12.3.1.2 Abbau von Polen im Endlichen.- 12.3.2 Hochpässe, Bandpässe und Bandsperren.- 12.3.3 Dimensionierung von Filtern mit Hilfe von Formelsammlungen.- 12.3.3.1 Tiefpaß-Normierungen.- 12.3.3.2 Potenz-Tiefpässe.- 12.3.3.3 Tschebyscheff-Tiefpässe.- 12.4 Filter mit Impedanz- und Admittanzinvertern.- 12.4.1 Invertertheorie.- 12.4.2 Inverterschaltungen mit konzentrierten Bauelementen.- 12.4.3 Inverterschaltungen mit Leitungen.- 12.4.4 Idealisierte Inverter in Filterschaltungen.- 12.4.5 Filterschaltungen mit realen Invertern.- 12.5 Filter mit kommensurablen Leitungen.- 12.6 Zusammenfassung.- 12.7 Übungsaufgaben und Fragen zum Verständnis.- 13 Leistungsverteilung.- 13.1 Verlustlose Leitungsverzweigungen.- 13.2 Zirkulatoren.- 13.3 Leistungsverteilung mit Übertragern.- 13.4 Leistungsteiler vom Wilkinson-Typ.- 13.4.1 Der Original-Wilkinson-Teiler.- 13.4.2 Modifizierte Wilkinson-Teiler.- 13.5 Koppler.- 13.5.1 Vorüberlegungen.- 13.5.2 Koppler aus Leitungsverzweigungen.- 13.5.2.1 Viertorkoppler aus Zweigleitungen.- 13.5.2.2 Ein 90°-Hybrid.- 13.5.2.3 Der Rat-Race-Koppler.- 13.5.2.4 Zweigleitungskoppler mit optimiertem Frequenzverhalten.- 13.5.3 Koppler mit Feldverkopplung.- 13.5.4 Die Gabelschaltung.- 13.6 Übersprechen.- 13.7 Zusammenfassung.- 13.8 Übungsaufgaben und Fragen zum Verständnis.- 14 Lineare Verstärker.- 14.1 Grundlegendes und Definitionen.- 14.2 Maximal verfügbarer Gewinn und Stabilität.- 14.3 Stabilitätskreise.- 14.3.1 Kreise als geometrische Grenzorte für Stabilität.- 14.3.2 Stabilitätsabschätzungen.- 14.3.3 Der Stabilitätsfaktor.- 14.4 Kreise konstanten effektiven Leistungsgewinns.- 14.4.1 Gewinnkreise in der Reflexionsfaktorebene der Last.- 14.4.2 Kreise konstanten Gewinns in der Ebene des Eingangsreflexionsfaktors.- 14.5…