Elektromagnetische Strahlungsfelder, Softcover reprint of the original 1st ed. 1953 Eine Einführung in die Theorie der Strahlungsfelder in dispersionsfreien Medien

Dureh die Entwicklung del'. Hoehfrequenzteclmik naf'll immel' kiirzeren Wellen hat die Theorie der elektromagnetisehen Strahlungs­ felder in den letzten beiden Jahrzehnten erhebliehe Ergiinzungen er­ fahren. Insbesondere ist die theoretisehe Behandlung der Felder in 'Vellenleitern und eine wesentliehe Weiterentwieklung del' Antennen­ und Ausbreitungstheorien hinzugekommen. Diese Entwieklung hat jetzt einen derartigen Stand erreicht, claB es wlinsehenswert erseheint, die an den verschieclenen Stellen unci in clen versehiedensten Darstel­ lungen veroffentliehten Theorien einlteitlieh zusammenzufassen. Diesell1 Zweek solI das yorliegende Bueh dienen. Das Bueh solI die theoretisehen Gruncllagen del' elektromagnetisehen Strahlungsfelder und die wesentliehen Ergebnisse del' neueren Reeh­ nungen systematiselt unci yollstanclig ableiten. Dureh clie Ableitung und Anwenclung del' versehiedenen Bereehnungsmethoclen und clie yolI­ stanclig durchgereehneten Beispiele einfacher unci sehwierigerer Strah­ lungsfelcler solI es Wege zur selbstancligen Losung iihnlieher Probleme zeigen. Selbstverstiindlieh kann die gestellte Aufga be nieht ohne Be­ nutzung cler hoheren Mathematik ge16st werden. Trotzdem setzt das Bueh nur die normalen Kenntnisse der Differential-, Integral-· und Yektorreehnung, allerdings auch eine gewisse Vertrautheit mit ihnen, voraus. Alles, was tiber diet;e Kenntnisse hinawlgeht, ist besoncler,; angegeben. Die Ableitnngen sind alleh bei den sehwierigeren Theorien stets so durehgefiihrt, daB del' Leser sie mit Ausnalulle einiger einfaeher FaIle ohne zusatzliehe Xebenreehnungen verfolgen kann. AuBerdem wurde Wert daranf gelegt, die Rechnungen imrner his zu zahlenmaBigen, fUr die Praxis anwendbaren Ergebnissen durchzuflihren . . Ftir die Ableitung del' Strahlungsfelder wurde als einheitliehe und einfachste Darstellung die Losung mit dem HERTzsehen Vektor und seinem magnetisehen Analogon gewahlt.

A. Allgemeine Grundlagen der Strahlungsfelder.- 1. Kapitel: Die Grundgleichungen des elektromagnetischen Feldes.- 1. Grundgrößen und Grundgleichungen in Integralform.- 2. Die Maxwellschen Gleichungen.- 2. Kapitel: Berechnung des Strahlungsfeldes aus Strom- und Ladungsverteilung.- 1. Die elektrodynamischen Potentiale.- 2. Der Hertzsche Vektor oder das elektrische Strahlungspotential.- 3. Das Strahlungsfeld des Hertzschen Dipols.- 4. Der Fitzgeealdsche Vektor oder das magnetische Strahlungspotential.- 3. Kapitel: Berechnung des Strahlungsfeldes mit Wellengleichung.- 1. Wellengleichung und Hertzscher Vektor in isotropen Medien.- 2. Grenzbedingungen, Ausstrahlungs-undKantenbedingung des Strahlurigsfeldes.- 3. Wellengleichung und Hertzscher Vektor für zeitlich harmonische Vorgänge. Die komplexe Dielektrizitätskonstante und Wellenzahl.- 4. Das magnetische Strahlungspotential und die allgemeine Lösung der Maxwellschen Gleichungen für geradlinige Komponenten.- 5. Lösung der Maxwellschen Gleichungen für krummlinige Komponenten.- 6. Vektorrechnung in krummlinigen Orthogonalkoordinaten.- a) Allgemeine krummlinige Koordinaten.- b) Spezielle Koordinaten.- c) Umrechnung von Vektoren.- 7. Lösung der Maxwellschen Gleichungen in Kugelkoordinaten.- 8. Direkte Lösung der Maxwellschen Gleichungen.- 4. Kapitel: Die Hauptlösungen der Wellengleichung.- 1. Ebene Welle in homogenen Medien.- a) Ebene Welle in x-Richtung.- b) Homogene und inhomogene Wellen beliebiger Richtung.- c) Addition ebener Wellen.- 2. Die symmetrischen Kugelwellen.- a) Ableitung der Kugelwellen aus der Summation ebener Wellen.- b) Die Differentialgleichung der Kugelwellen.- 3. Zylinderwellen.- a) Ableitung der Zylinderwellen aus der Summation ebener Wellen.- b) Die Differentialgleichung der Zylinderfunktionen.- e) Die allgemeine Lösung der Wellengleichung in Zylinderkoordinaten.- 4. Allgemeine Kugelwellen. Die allgemeine Lösung der Wellengleichung in Kugelkoordinaten.- 5. Kapitel: Angenäherte Berechnung des Strahlungsfeldes nach optischen Methoden.- 1. Das Prinzip der Lösung.- 2. Ableitung der Kirchhoffschen Formel für skalare Wellenfunktionen.- 3. Erweiterung der Kirchhoffschen Formel auf die elektromagnetischen Feldvektoren.- 4. Zurückführung der Sprungwerte auf die primären Feldstärken im durchgelassenen Uiid reflektierten Feld.- 6. Kapitel: Die Energieverhältnisse im Strahlungsfeld.- 1. Die Strahlungsleistung und der Poyntingsche Vektor.- 2. Der komplexe Poyntingsche Vektor. Mittlere Strahlungsleistung und Strahlungswiderstand.- 3. Ableitung der Grundgesetze und Grenzbedingungen aus Leistungsgesetzen. Eindeutigkeitsbeweis.- B. Leitungsgeführte Strahlung.- 7. Kapitel: Das Strahlungsfeld normaler Leitungen. Drahtwellen.- 1. Das Feld der Einzelleitung.- a) Hauptwelle.- b) Nebenwellen.- 2. Das Feld paralleler Leitungssysteme.- 8. Kapitel: Wellenleiter.- 1. Vorbemerkung.- 2. Die Wellenformen in metallischen Hohlleitern.- a) Der kreisförmige Hohlleiter.- b) Der ringförmige Hohlleiter.- c) Der Hohlleiter mit rechteckigem Querschnitt.- d) Erzeugung der Wellen. Stoßstellen.- 3. Wellenformen im dielektrischen Leiter.- 4. Wellenlänge, Phasen- und Gruppengeschwindigkeit, der Hohlleiterwellen.- 5. Bildung der Hohlleiterwellen aus der Reflexion Wbener Wellen.- 6. Nutzleistung, Dämpfung und Wellenwiderstände der Hohlleiterwellen.- 7. Hohlkreise.- C. Antennemstrahlung.- 9. Kapitel: Das Reziprozitätsgesetz der drahtlosen Verbindungen.- 1. Ableitung des Reziprozitätsgesetzes.- 2. Folgerungen aus dem Reziprozitätsgesetz.- a) Gleichheit von Sende- und Empfangsdiagramm.- b) Wirksame Antennenlänge, Ersatzspannung der Empfangsantenne.- c) Gleichheit des Antennenwiderstandes im Sende- und Empfangsfall.- d) Stromverteilung im Sende- und Empfangsfall.- 10. Kapitel: Allgemeine Grundgrößen und Berechnungsrichtlinien von Antennenfeldern.- 1. Definitionen.- 2. Die wichtigsten Antennengrößen.- 3. Grenzbedingungen an der Antenne.- 4. Berechnungsmethoden der Antennenfelder.- a) Integration Hertzscher Dipole.- b) Lösung der Wellengleichung.- 11. Kapitel: Der Hertzsche Dipols.- 1. Das Strahlungsfeld des Hertzsche Dipols.- 2. Die Richtcharakteristik oder Strahlungsverteilung des Hertzscher Dipols.- 3. Strahlungsleistung und Widerstand des Hertzscher Dipols.- 4. Der Hertzsche Dipol als Empfangsantenne.- 5. Der waagerechte Hertzsche Dipol.- 6. Der Abrahamsche Erreger.- 12. Kapitel: Angenäherte Theorie (Leitungstheorie) der zylindrischen Linearantenne.- 1. Die Voraussetzungen der Leitungstheorie der Antenne.- 2. Die einfache Leitungstheorie der unbelasteten Linearantenne.- a) Fernfeldstärken und Richtcharakteristik der Linearantenne.- b) Die Feldstärken des Nahfeldes.- c) Strahlungsleistung und Gewinn der Linearantenne.- 3. Die einfache Leitungstheorie der belasteten Linearantenne.- 4. Die erweiterte Leitungstheorie der Linearantenne.- a) Notwendigkeit und verschiedene Ausführungen der Erweiterung.- b) Festlegung der Leitungskonstanten.- c) Berechnung des Antennenwiderstandes.- d) Einfluß der Dämpfung auf die Charakteristik.- 5. Die Dipolantenne als Empfangsantenne.- 6. Besondere Arten von Dipolantennen.- 7. Einflußder Erde.- 8. Der Wirkungsgrad der Antenne.- 13. Kapitel: Strenge Berechnung der zylindrischen Linearantenne mit Integration einer unbestimmten Stromreihe.- 1. Prinzip der Lösung.- 2. Durchführung der Lösung.- 3. Auswertung der Integrale.- a) Zurückführung auf ein Grundintegral.- b) Lösung des Grundintegrals.- c) Die Werte der Strahlungskoeffizienten.- 4. Erweiterungen der Theorie.- 5. Zahlenmäßige Ergebnisse.- 14. Kapitel: Strenge Berechnung der zylindrischen Linearantenne mit Integralgleichung.- 1. Prinzip der Lösung.- *2. Durchführung der Lösung für die symmetrische Sendeantenne.- a) Aufstellung der Integralgleichung.- b) Lösung der Integralgleichung.- 3. Zahlenmäßige Auswertung der ursprünglichen Theorie.- 4. Abgeänderte Ansätze.- 5. Die unsymmetrische Sendeantenne.- 15. Kapitel: Strenge Berechnung zylindrischer Dipolantennen mit Differentialgleichung.- 1. Prinzip der Lösung.- 2. Durchführung der Lösung für die symmetrische Sendeantenne.- 3. Zahlenmäßige Ergebnisse und Vergleich mit der Messung.- 4. Erweiterungen der Theorie.- a) Die unsymmetrische Sendeantenne.- b) Die symmetrische und unsymmetrische Empfangsantenne.- c) Antennen mit konzentrierten Belastungen.- d) Berechnung einer Dipolantenne mit ebenem Reflektor.- e) Berechnung paralleler Dipolgruppen.- f) Von der Theorie nicht erfaßte Fälle.- 16. Kapitel: Nichtzylindrische Dipolantennen.- 1. Vorbemerkung.- 2. Rotationselliptische Antennen.- a) Berechnung der ungeschlitzten Antenne.- b) Berechnung der geschlitzten Antenne.- 3. Doppelkonische Antennen oder Kegelantennen.- a) Vergleich mit der Zylinderantenne.- b) Theorie der Kegelantenne.- c) Erweiterung der Theorie auf Antennen beliebiger Form.- 4. Vergleich der verschiedenen Antennentheorien.- 17. Kapitel: Rahmenantenne und Schlitzdipol.- 1. Der magnetische Dipol und die kleine Rahmenantenne.- 2. Die Rahmenantenne größerer Länge.- 3. Der Schlitzdipol.- 18. Kapitel: Allgemeine Beziehungen bei Richtantennen.- 1. Zusammenhang zwischen Richtcharakteristik und Antennengewinn.- 2. Näherungsweiser Zusammenhang zwischen Bündelungsschärfe und Gewinn.- 3. Näherungsweiser Zusammenhang zwischen Gewinn und Antennengröße.- 4. Die Hauptarten der Richtantennen.- 19. Kapitel: Die Richtcharakteristiken von Antennengruppen bei gegebener Stromverteilung.- 1. Allgemeine Formeln.- 2. Richtcharakteristiken eines Strahlerpaares.- 3. Der Kreuzdipol.- 4. Lineare Gruppen.- 5. Ebene Gruppen.- 6. Kreisgruppen.- 7. Graphische Konstruktion von Richtkennlinien. Verwirklichung vorgeschriebener Diagramme.- 8. Stromverteilung nach Binomialkoeffizienten.- 20. Kapitel: Die Strahlungskopplung von Dipolgruppen.- 1. Die Strahlungskoeffizienten der Dipolantennen.- 2. Zahlenmäßige Auswertung der Strahlungswiderstände nach der Leitungstheorie der Antenne.- 3. Berechnung von Dipolgruppen.- 4. Berechnung von Reflektoranordnungen.- a) Reflektorflächen.- b) Reflektoren.- c) Empfangsantennen.- 21. Kapitel: Langdrahtantennen.- 1. Wirkungsweise und Arten der Langdrahtantennen.- 2. Dielektrische Antennen und Spulenantennen.- 3. Die Rhombusantenne.- 22. Kapitel: Hohlleiterantennen.- 1. Strenge und angenäherte Berechnung der Hohlleiterantennen.- 2. Abstrahlung der H10-Welle aus einem rechteckigen Hohlleiter, Schlitzantennen.- 3. Hornstrahler (Trichterantennen).- 23. Kapitel: Spiegelantennen.- 1. Anordnungen und Berechnungsgrundlagen von Spiegelantennen.- 2. Berechnung der allseitigen Paraboloidantenne.- a) Ableitung der Ausgangsformel.- b) Berechnung der Verstärkung.- c) Ermittlung der Charakteristik.- 24. Kapitel: Linsenantennen.- 1. Linsengleichung.- 2. Ausführungsformen.- D. Theorie der Wellenausbreitung.- 25. Kapitel: Freie Ausbreitung.- 1. Berechnung der Empfangsgrößen aus der Empfangsfeldstärke.- 2. Empfangsfeldstärken und optimale Empfangsleistung bei freier Ausbreitung.- 3. Geltungsbereich der freien Ausbreitung.- 26. Kapitel: Ausbreitung mit Berücksichtigung der Erde für Entfernungen innerhalb der geometrischen Sicht.- 1. Prinzip der Lösung.- 2. Reflexion und Brechung ebener Wellen an einer leitenden Ebene.- 3. Die Berechnung der Feldstärken nach der Reflexionstheorie.- a) Die Zusammensetzung von direktem und reflektiertem Strahl bei ebener Erde.- b) Die Zusammensetzung in schrägen Richtungen bei horizontal polarisierten Antennen.- c) Die Zusammensetzung der Feldstärken mit Berücksichtigung der Erdkrümmung.- 4. Das Feld in unmittelbarer Erdnahe.- 27. Kapitel: Strenge Berechnung der Wellenausbreitung um eine homogene, kugelförmige Erde in homogener Atmosphäre.- 1. Einleitung.- 2. Ableitung der strengen Beugungslösung.- a) Ansatz der Strahlungspotentiale.- b) Entwicklung der Primärlösung nach Kugelfunktionen.- c) Bestimmung der Konstanten.- 3. Darstellung der strengen Lösung als eine unendliche Reihe reflektierter und gebrochener Wellen.- 4. Umformung der Lösung in ein Residuenintegral und die Auswertung hinter der geometrischen Sicht.- 5. Formeln für die zahlenmäßige Auswertung der Residuenmethode.- a) Bestimmung der Nullstellen von M’v-1/2.- b) Berechnung von M’v-1/2 und der Höhenfaktoren.- c) Die endgültige Residuenlösung.- 6. Umformung der allgemeinen Lösung für Werte innerhalb der geometrischen Sicht nicht zu nahe am Horizont.- a) Allgemeine Sattelpunktsmethode.- b) Anwendung auf den vorliegenden Fall.- 7. Grenzfall ebener Erde. Zahlenmäßige Auswertung in der Nähe des Senders bei niedriger Antennenhöhe.- 8. Zahlenmäßige Ergebnisse.- 9. Schlußbemerkung.- 28. Kapitel: Praktische Berechnung der Ausbreitungswerte.- 1. Vertikale Polarisation.- 2. Horizontale Polarisation. Vergleich beider Polarisationsarten.- 29. Kapitel: Wellenausbreitung in der Troposphäre.- 1. Dielektrizitätskonstante und Brechungsindex der Troposphäre.- 2. Eeldstärkenberechnung für normale Atmosphäre.- 3. Graphische Ermittlung der Strahlenbahnen und Feldstärken.- 4. Anomale Brechung und Reflexion in der Troposphäre. Überreichweiten.- 30. Kapitel: Wellenausbreitung an Hindernissen.- 1. Problemstellung und Lösungsmethoden.- 2. Der Durchgang einer ebenen Welle durch eine planparallele Schicht. Wellenausbreitung in Städten.- 3. Reflexionsfreier Abschluß einer ebenen Welle oder Hohlleiterwelle.- 4. Beugung an einer Kante. Schwächung der Wellenausbreitung durch Berge.- 5. Rückstrahlung.- Umrechnung auf andere Maßsysteme.- Namen- und Sachverzeichnis.