Technische Felder und Wellen (Master)
| Technische Felder und Wellen | |
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| Zeit: | Mittwoch 13:15 - 14:45, Raum: 0534 Donnerstag 13:15 - 14:00, Raum: Theresianum, 0602 |
| Zeit Übung: | Donnerstag 14:00 - 14:45, Raum: Theresianum, 0602 |
| Dozenten: | Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Erwin Biebl Univ.-Prof. Dr.-Ing. Thomas Eibert |
| Betreuer: | Oliver Arnold M.Sc. |
Vorläufiger Inhalt:
1. Einführung und Wiederholung
- Maxwell-Gleichungen, Wellengleichung, Helmholtzgleichung
- Ebene Wellen, Brechung, Reflexion, Rand- und Stetigkeitsbedingungen
- Dispersionsfreie (TEM-) Wellenleiter, Telegraphengleichungen
- Planare Leitungen
Kompetenzen/Lernziele: Wiederholung und Aufbereitung der quasistatischen Beschreibungen aus dem Bachelorkurs, Herstellung einer gemeinsamen methodischen Basis unabhängig von der Vorausbildung der Studierenden.
2. Zweitore, Mehrtore und Streuparameter
- Reflexionsfaktor, Anpassung, Streuparameter des Mehrtors, reziproke und verlustlose Mehrtore
- Wellentransmissionsmatrix
- Betriebsverhalten
- Mehrtorschaltungen
Kompetenzen/Lernziele: Routinierter Umgang mit Wellengrößen bei Ein-, Zwei- und Mehrtoren; Verständnis von Mehrtorschaltungen.
3. Theoreme der Feldtheorie
- Elektromagnetische Energiebilanz und Poynting-Vektor
- Reziprozität
- Green’sche Funktionen
- Elektromagnetische Potentiale
- Huygens’sches Prinzip
4. Leitungsgeführte EM-Wellen
- 5-Komponenten-Felder
- Dispersive Wellenleiter, TE-, TM- und hybride Moden (Beispiele: Hohlleiter, Dielektrische Platte, Oberflächenwellen, Glasfaser), Dispersionsdiagramm, Auswirkungen der Dispersion, Phasen- und Gruppengeschwindigkeit
- Modenkopplung, Übersprechen
Kompetenzen/Lernziele: Kenntnis der verschiedenen Klassen geführter Wellen; Fundiertes Verständnis des Phänomens der Dispersion als grundlegend limitierender Faktor für die Bandbreite leitungsgebundener Übertragungssysteme; Einführung in komplexere Wellenphänomene auf Leitungen.
5. Strahlungsfelder und Antennen
- Grundgleichungen, retardierte Vektorpotentiale
- Nahfeld und Fernfeld, Fresnel- und Fraunhofernäherung
- Polarisation
- Ausstrahlungs- und Kantenbedingungen
- Kugel- und Zylinderwellen, Gaußscher Strahl
- Isotroper Kugelstrahler, Hertzscher Dipol, magnetischer Elementarstrahler
- Richtwirkung und Gewinn
- Lineare Antennen
- Aperturstrahler
- Breitbandantennen
Kompetenzen/Lernziele: Einführung in die Theorie sich frei ausbreitender elektromagnetischer Felder; Entscheidungskompetenz im Hinblick auf jeweils zulässige Näherungen; grundlegendes Verständnis der Ausbreitungseigenschaften für verschiedene Wellentypen; grundlegendes Verständnis der Funktion einer Antenne als Transformator zwischen Leitungs- und Freiraumwelle; routinierter Umgang mit den makroskopischen Beschreibungsgrößen; Entscheidungskompetenz hinsichtlich unterschiedlicher Antennentypen.