Technische Felder und Wellen (Master)

  Technische Felder und Wellen
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
Zeit praktische Übungen: Donnerstag 15:00 - 16:30, Raum: N1080
Nach Vereinbarung
Dozenten: Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Erwin Biebl
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Thomas Eibert
Betreuer: Vera Kurz M.Sc.
Björn Möhring 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.
 

Z. Einführung in die numerische Feldberechnung

  • Finite Differenzen und Finite Integration
  • Momentenmethode
  • Finite Elemente
  • Integralgleichungsverfahren
  • Strahlenoptische Verfahren