Elektromagnetische Wellen

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Elektromagnetische Wellen Elektromagnetische Wellen: 2 Stunden Vorlesung, 1 Stunde Praktikum Studienschwerpunkt: Wahlpflichtvorlesung für den Studienschwerpunkt „Nachrichtenund Kommunikationstechnik“. Prüfung: schriftlich Beschreibung Die Vorlesung vermittelt die Grundlagen der Maxwellschen Theorie zur Berechnung elektromagnetischer Wellen. Aus den einfachsten Lösungen der Maxwellschen Gleichungen werden die Wellenausbreitungsvorgänge in einem dielektrischen Filmwellenleiter, in der Plattenleitung und im Rechteckhohlleiter beschrieben. Abschließend wird das Strahlungsfeld des Hertzschen Dipols behandelt. Die drei Praktikumsversuche behandeln Messungen an Rechteckhohlleitern, an Lichtwellenleitern und an Antennen. Inhalt 1 Grundlagen der Berechnung elektromagnetischer Felder 1.1 Die Maxwellschen Gleichungen 1.2 Die Wellengleichungen für das elektrische und magnetische Feld beliebiger Zeitabhängigkeit 1.2.1 Der Sonderfall harmonischer Wellen 1.3 Die Lösung der Maxwellschen Gleichungen mit Hilfe eines Vektorpotentials 1.4 Die Grenzbedingungen für die elektrischen und magnetischen Feldgrößen 1.5 Die Brechungsgesetze der Feldlinien 1.6 Der Energiefluss im elektromagnetischen Feld 2 Ebene Wellen 2.1 Die einfachste Lösung der Wellengleichung für beliebige Wellenform 2.1.1 Die Phasengeschwindigkeit der ebenen Welle 2.1.2 Die Feldkomponenten der ebenen Welle 2.1.3 Kenngrößen der ebenen Welle 2.2 Die einfachste Lösung der Wellengleichung für sinusförmige Wellenform 2.2.1 Die Polarisation des Feldes 2.2.2 Wellenausbreitung in verlustbehafteten Medien 2.2.3 Das elektromagnetische Feld der ebenen Welle mit beliebiger Ausbreitungsrichtung 2.2.4 Die von einer ebenen Welle übertragene Leistungsdichte 2.3 Analogie zwischen ebenen Wellen und Leitungswellen 2.4 Reflexion und Brechung ebener Wellen an Grenzflächen 2.4.1 Senkrechter Einfall einer ebenen Welle auf eine Grenzschicht 2.4.1.1 Berechnung des Reflexions- und Transmissionskoeffizienten unter Verwendung von Feldamplituden 2.4.1.2 Berechnung des Reflexions- und Transmissionskoeffizienten unter Verwendung von Leistungswellen 2.4.1.3 Berechnung des Reflexions- und Transmissionskoeffizienten unter Verwendung des analogen Leitungsproblems 2.4.1.4 Aufhebung der Reflexion bei einer Grenzschicht zwischen zwei idealen Isolatoren 2.4.2 Schräger Einfall einer ebenen Welle auf eine Grenzschicht 2.4.2.1 Die Fresnelschen Formeln 2.4.2.2 Der Brewster Winkel 2.4.2.3 Totale Reflexion bei idealen Isolatoren 3 Wellenausbreitung in einer Plattenleitung 3.1 Berechnung des elektromagnetischen Feldes vor einer ideal leitenden Platte 3.1.1 Einteilung der Wellenmoden in E- und H-Wellen 1 1 7 8 10 12 15 15 19 19 20 21 23 23 25 25 28 29 29 33 33 33 34 35 36 39 43 44 45 48 48 50 3.2 Die Kenngrößen der Parallel-Plattenleitung 3.2.1 Phasenkoeffizient und Wellenlänge 3.2.2 Grenzfrequenz, Grenzwellenlänge 3.2.3 Die Wellenmoden der Parallel-Plattenleitung 3.2.4 Der Feldwellenwiderstand der Hm0-Welle und der Em0-Welle 3.3 Der dielektrische Plattenleiter (Filmwellenleiter) 3.3.1 Die charakteristische Gleichung des dielektrischen Plattenleiters 3.3.2 Graphische Lösung der Eigenwertgleichung 3.3.3 Die Kenngrößen des dielektrischen Plattenleiters 3.4 Der Übergang von der Parallel-Plattenleitung zum Rechteckhohlleiter 4 Wellenausbreitung im Rechteckhohlleiter 4.1 Die Lösung der Maxwellschen Gleichungen mit Hilfe des Vektorpotentials 4.2 Die Moden des Rechteckhohlleiters 4.3 Die Kenndaten des Rechteckhohlleiters 4.3.1 Grenzfrequenzen, Grenzwellenlängen, Hohlleiterwellenlänge 4.3.2 Der Eindeutigkeitsbereich 4.3.3 Phasen- und Gruppengeschwindigkeit der Hohlleitermoden 4.3.4 Die Leistungsübertragung im Rechteckhohlleiter 4.3.5 Feldwellenwiderstand, Leitungswellenwiderstand 4.3.6 Der Dämpfungskoeffizient der Hm0-Wellen 4.4 Daten von Recheckhohlleitern 5 Das Strahlungsfeld des Hertzschen Dipols 5.1 Das retardierte Vektorpotential, die Partikularlösung der inhomogenen Wellengleichung 5.2 Die Feldgleichungen des Hertzschen Dipols 5.2.1 Das Fernfeld des Hertzschen Dipols 5.2.2 Die abgestrahlte Leistung 5.2.3 Der Vorgang der Wellenablösung 6 Formelsammlung 51 52 53 53 53 54 54 55 57 59 61 61 62 67 67 68 70 72 73 74 77 78 78 79 82 83 84 85