Taschenbuch der Hochfrequenztechnik: Band 3: Systeme PDF
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Taschenbuch der Hochfrequenztechnik Band 3 Meinke . Gundlach Taschenbuch der Hochfrequenztechnik Fünfte, überarbeitete Auflage Herausgegeben von K. Lange und K.-H. Löcherer Band 3: Systeme Mit 336 Abbildungen Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH Professor DrAng. Klaus Lange Theoretische Elektrotechnik Universität der Bundeswehr München Werner-Heisenberg-Weg 39 8014 Neubiberg Professor Dr.-Ing. Karl-Heinz Löcherer Institut für Hochfrequenztechnik Universität Hannover Appelstr. 9 A 3000 Hannover ISBN 978-3-540-54716-7 Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme Taschenbuch der HochjrequenztechnikjMeinke ; Gundlach. Hrsg. von K. Lange und K.-H. Löcherer. - Studienausg. - Berlin ; Heidelberg ; New York ; London ; Paris; Tokyo ; Hong Kong ; Barcelona; Budapest : Springer. NE: Meinke, Hans Heinrich [Hrsg.]; Hochfrequenztechnik Bd. 3. Systeme. - 5., überarb. Aufl. - 1992 ISBN 978-3-540-54716-7 ISBN 978-3-642-58105-2 (eBook) DOI 10.1007/978-3-642-58105-2 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Überset zung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsan lagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestim mungen des Urheberrechtsgesetzes. © by Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1992. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buch berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Satz: Daten-und Lichtsatz-Service, Würzburg 62/3020-5 4 3 2 1 0 Mitarbeiterverzeichnis Wegen der durch die Hochschulgesetzgebung der Bundesländer vorliegenden unterschiedli chen Regelungen zur Titelgebung werden die Professoren titel der Autoren undifferenziert angegeben. Adelseck, Bernd, Dipl.-Ing., Telefunken Systemtechnik, Ulm Blum, Alfons, Dr. rer. nat., Prof., Univ. d. Saarlandes, Saarbrücken Bretting, Jork, Dr.-Ing., Telefunken Systemtechnik, Ulm Büchs, Just-Dietrich, Dr.-Ing., Robert Bosch GmbH, Hildesheim Dalichau, Harald, Dr.-Ing., Dr.-Ing. habil., Prof., Universität der Bundeswehr, München Damboldt, Thomas, Dr. rer. nat., Forschungsinstitut der Dt. Bundespost, Darmstadt Demmel, Enzio, Dipl.-Ing., Valvo RHW der Philips GmbH, Hamburg DetIefsen, Jürgen, Dr.-Ing., Prof., Technische Universität München Dintelmann, Friedrich, Dr. rer. nat., Forschungsinstitut der Dt. Bundespost, Darmstadt Döring, Herbert, Dr.-Ing. o. Prof., Technische Hochschule Aachen Dombeck, Karl-Peter, Dr.-Ing., Forschungsinstitut der Dt. Bundespost, Darmstadt Eden, Hermann, Dipl.-Ing., Institut für Rundfunktechnik GmbH, München Esprester, Ralf, Dr.-Ing., Telefunken Systemtechnik, Ulm Fliege, Hans-Joachim, Dipl.-Ing., Telefunken Systemtechnik, Ulm Gier, Matthias, Dipl.-Ing., Saarländischer Rundfunk, Saarbrücken Groll, Horst, Dr.-Ing., Prof., Technische Universität München Gundlach, Friedrich-Wilhelm, Dr.-Ing., Prof., Technische Universität Berlin Heckei, C1aus, Ing. (grad.), Standard Elektrik Lorenz AG, Stuttgart Hoffmann, Michael, Dr. rer. nat., Prof., Universität Ulm Hollmann, Heinrich, Dipl.-Ing., Forschungsinstitut der Dt. Bundespost, Darmstadt Hombach, Volker, Dr.-Ing., Forschungsinstitut der Dt. Bundespost, Darmstadt Horninger, Karl-Heinrich, Dr. techn., Siemens AG, München Humann, Klaus, Dipl.-Ing., Telefunken Systemtechnik, Ulm Janzen, Gerd, Dr.-Ing., Prof., Fachhochschule Kempten Kleinschmidt, Peter, Dipl.-Phys., Siemens AG, München Krumpholz, Oskar, Dr.-Ing., Daimler-Benz Forschungsinstitut, Ulm Kügler, Eberhard, Dipl.-Ing., Siemens AG, München Kühn, Eberhard, Dr.-Ing., Forschungsinstitut der Dt. Bundespost, Darmstadt Landstorfer, Friedrich, Dr.-Ing., Prof., Universität Stuttgart Lange, Klaus, Dr.-Ing., Prof., Universität der Bundeswehr, München Lange, Wolf Dietrich, Dipl.-Ing., Telefunken Systemtechnik, Ulm Lindenmeier, Heinz, Dr.-Ing., Prof., Universität der Bundeswehr, München Lingenauber, Gerhard, Dipl.-Ing., Telefunken Systemtechnik, Ulm Löcherer, Karl-Heinz, Dr.-Ing., Prof., Univ. Hannover (vorm. TH) Lorenz, Rudolf W., Dr.-Ing., Forschungsinstitut der Dt. Bundespost, Darmstadt Lüke, Hans Dieter, Prof. Dr.-Ing., RWTH Aachen Lustig, Helmut, Dipl.-Ing., Telefunken Systemtechnik, Ulm Maurer, Robert Martin, o. Prof. Dr.-Ing., Univ. d. Saarlandes Saarbrücken 11 Mehner, Manfred, Dipl.-Ing. (FH), Siemens AG, München Nossek, Josef A., Dr. techn., Prof., Techn. Universität München Ochs, Alfred, Dipl.-Phys. Forschungsinstitut der Dt. Bundespost, Darmstadt Peterknecht, Klaus, Dipl.-Ing., Siemens AG, München Petermann, Klaus, Dr.-Ing., Prof., Technische Universität Berlin Petry, Hans-Peter, Dr. rer. nat., ANT Nachrichtentechnik, Backnang Pettenpaul, Ewald, Dr.-Ing., Siemens AG München VI Mitarbeiterverzeichnis POeiderer, Hans-Jörg, Dr.-Ing., Prof., Universität Ulm Pötzl, Friedrich, Dipl.-Ing., Valvo BHW Reiche, Jürgen, Dipl.-Ing., Brown Boveri & Cie AG, Mannheirn Renkert, Viktor, Dipl.-Ing., Telefunken Systemtechnik, Ulm Reutter, Jörg, Dipl.-Ing. (FH), Standard Elektrik Lorenz AG, Stuttgart Röschmann, Peter, Dipl.-Ing., Philips GmbH, Forschungslaboratorium Hamburg Rücker, Friedrich, Dipl.-Phys., Forschungsinstitut der Dt. Bundespost, Darmstadt Russer, Peter, Dr. techn., Prof., Technische Universität München Schaller, Wolfgang, Dr.-Ing., Telefunken Systemtechnik, Ulm Scheffer, Hans, Dipl.-Ing., Forschungsinstitut der Dt. Bundespost, Darmstadt Schmid, Wolfgang, Dipl.-Ing. (FH), Standard Elektrik Lorenz AG, Stuttgart Schmidt, Lorenz-Peter, Dr.-Ing., Telefunken Systemtechnik, Ulm Schmoll, Siegfried, Dipl.-Ing., Standard Elektrik Lorenz AG, Stuttgart Schöffel, Helmut, Dipl.-Ing., Telefunken Systemtechnik, Ulm Schrenk, Hartmut, Dr. rer. nat., Siemens AG, München Schuster, Harald, Dipl.-Ing., Telefunken Systemtechnik, Ulrn Siegi, Johann, Dr.-Ing., Prof., Fachhochschule Nürnberg Söllner, Helmut, Dipl.-Ing., Telefunken Systemtechnik, Ulm Spatz, Jürgen, Dipl.-Ing., Siemens AG, Neustadt b. Co burg Stocker, Helmut, Dr. techn., Siemens AG, München Thaler, Hans-Jörg, Dr. rer. nat., Siemens AG München Thielen, Herbert, Dipl.-Phys., Forschungsinstitut der Dt. Bundespost, Darmstadt Treczka, Leo, Spinner GmbH, München Tschiesche, Hugo, Dipl.-Ing., Standard Elektrik Lorenz AG, Stuttgart Uhlmann, Manfred, Dipl.-Ing. (FH), Telefunken Systemtechnik, Ulm Valentin, Rolf, Dr. rer. nat., Forschungsinstitut der Dt. Bundespost, Darmstadt Weigel, Robert, Dr.-Ing., Techn. Universität München Wieder, Armin, Dr.-Ing., Siemens AG, München Wolfram, Gisbert, Dr. rer. nat., Siemens AG, München Wysocki, Bodo, Dipl.-Ing., RIAS Berlin Zimmermann, Peter, Dr. rer. nat., Radiometer physics, Meckenheim Vorwort zur 5. Auflage Das von H. Meinke und F. W. Gundlach im Jahre 1955 erstmals herausgegebene "Taschen buch der Hochfrequenztechnik" erschien in einer Zeit, in der nur wenige Fachbücher über dieses Gebiet vorlagen. Es wurde daher bald, auch in seinen beiden folgenden Auflagen (1961, 1967) für viele auf diesem Gebiet Tätigen unverzichtbar als Nachschlagewerk und Ratgeber. Derzeit gibt es eine Vielzahl ausgezeichneter aktueller Lehr- und Sachbücher über alle Teilgebiete der Hochfrequenztechnik. Dennoch wird es derjenige, der sich über verschiedene Teilbereiche grundlegend informieren will, begrüßen, geeignete Informatio nen in knapper und konzentrierter Form in die Hand zu bekommen. Der Initiative von F. W. Gundlach war es zu danken, daß 1983 eine Neufassung begonnen werden konnte. Erste Pläne konnten noch mit H. Meinke besprochen werden, leider wurde seinem Schaffen zu früh ein Ende gesetzt. Als langjährige Mitarbeiter der früheren Heraus geber bemühen wir uns um die Fortsetzung ihres Werks. Die Fortschritte in der Entwicklung hochfrequenztechnischer Komponenten und Systeme, die wesentlich durch den Einsatz moderner Halbleiterbauelemente ermöglicht wurden, erforderten eine völlige Neugestaltung der 1985 herausgegebenen 4. Auflage gegenüber den vorausgegangenen. Die hiermit vorliegende 5. Auflage wurde aktualisiert, Korrekturen wurden vorgenommen und einige Kapitel auch völlig umgestaltet. In der Hochfrequenz technik werden einerseits immer höhere Frequenzen angewendet, andererseits erfolgt die Entwicklung von Schaltungen zunehmend mit Rechnerunterstützung. Beidem mußte Rechnung getragen werden, ohne den Umfang des Buches wesentlich zu vergrößern. Daher mußten Beiträge geopfert werden, die keinen besonderen Bezug zu Fragen der Hochfre quenztechnik aufweisen und auch in anderen Büchern zu finden sind, wie zum Beispiel die allgemeine Darstellung der Netzwerktheorie. Zweck dieses Werkes ist, dem Benutzer Informationen über grundlegende Eigenschaften und Zusammenhänge zu vermitteln sowie ihm Anregungen bezüglich der Einsatzmöglich keiten von Schaltungen und Komponenten und, soweit möglich, Dimensionierungshinwei se zu geben. Die Darstellung der einzelnen Gebiete mußte knapp gehalten werden. Am Ende der Kapitel findet der Leser jedoch Literaturzitate, in denen Einzelfragen behandelt werden, auf die im Text nur hingewiesen werden konnte. Das Werk soll kein Lehrbuch sein. Nötige Grundkenntnisse können durch Studium des am Kapitelanfang aufgeführten allge meinen Schrifttums erworben werden. Wie bei der 4. Auflage ist dieses Buch sowohl als Gesamtband als auch in drei Teilbänden mit den Themenbereichen 1. Grundlagen (Teile A bis I), 2. Komponenten (Teile K bis N), 3. Systeme (Teile 0 bis S) erhältlich. Durch diese Aufteilung ist die Möglichkeit gegeben, das Taschenbuch schrittwei se zu erwerben. Inhaltsverzeichnis und Sachregister der Gesamtausgabe sind auch in jedem Teilband enthalten, um durch Hinweise auch auf den Inhalt der anderen Teilbände die Benutzung zu erleichtern. Die Herausgeber sind allen am Entstehen dieser Auflage Beteiligten zu Dank verpflichtet: Allen Autoren für die Mühe, die sie für die Durchsicht und Aktualisierung ihrer Beiträge aufwendeten, den Mitarbeitern des Springer-Verlages für die sorgfältige Bearbeitung des Satzes und der Bildvorlagen. Wir wünschen allen Benutzern des Meinke/Gundlach in der neuen Fassung den erhofften Nutzen und Erfolg in ihrer fachlichen Arbeit und danken im voraus für alle Anregungen und konstruktive Kritik. München und Hannover, im September 1992 K. Lange K.-H. Löcherer Inhaltsverzeichnis o Modulation und Demodulation Gier (1); Heckel (5.2, 5.3, 5.5); Reutter (3); Schmid (4); Schmoll (2); Tschieche (5.1, 5.4) 1 Analoge Modulationsverfahren. . 0 1 1.1 Amplitudenmodulation (AM) 0 1 1.2 Frequenzmodulation (FM) . 07 1.3 Phasenmodulation (PM) . . 013 1.4 Vergleich der analogen Modulationsverfahren 014 2 Modulation digitaler Signale 015 2.1 Einführung . . . . . . . 0 15 2.2 Amplitudenmodulation . . 016 2.3 Frequenzumtastung (FSK) 017 2.4 Phasenumtastung (PSK) 019 2.5 Trägerrückgewinnung 025 2.6 Taktableitung . . . . . . 027 2.7 Vergleich der verschiedenen Verfahren 028 3 Digitale Signalautbereitung 0 30 3.1 Einführung . . . . 0 30 3.2 Pulscodemodulation 031 3.3 Deltamodulation 038 4 Mehrfachmodulation . . 042 4.1 Einführung . . . . 042 4.2 Digitale Modulationsverfahren mit zusätzlicher analoger Modulation 043 4.3 Signalspreizung . . . 046 5 Vielfach-Zugriffsverfahren 050 5.1 Einführung . . . . . 051 5.2 Vielfachzugriff im Frequenzmultiplex (FDMA) 051 5.3 Vielfachzugriff im Zeitmultiplex (TDMA) . . . . 053 5.4 Codemultiplex (CDMA) = Spread Spectrum-Multiplex (SSMA) 055 5.5 Verfahrensvergleich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 063 P Sender Bretting (4.2); Demmel (4.1); Lustig (4.3; 4.4); Wysocki (1 bis 3) 1 Übersicht. . . . . . . . . . . . . . . . . . Pl 1.1 Allgemeines. . . . . . . . . . . . . . . Pl 1.2 Grundsätzliche Wirkungsweise eines Senders. Pl 1.3 Bezeichnungen von erwünschten Aussendungen P2 1.4 Bezeichnungen von unerwünschten Aussendungen P3 2 Funktionseinheiten der Sender P3 2.1 Frequenzerzeugung P3 2.2 Leistungsverstärkung . . P4 X Inhaltsverzeichnis 2.3 Modulationsverstärker Pli 2.4 Endstufenmodulation P14 2.5 Leistungsauskoppelung P15 2.6 Parallelschaltung P18 2.7 Betriebseinrichtungen P20 3 Senderklassen . . . . . . P21 3.1 Amplitudenmodulierte Tonrundfunksender P21 3.2 Frequenzmodulierte Tonrundfunksender P22 3.3 Nachrichtensender . . P22 3.4 Fernsehsender. . .. P23 4 Sender mit Laufzeitröhren P26 4.1 Klystronsender P26 4.2 Wanderfeldröhrensender P28 4.3 Magnetronsender . . . P30 4.4 Senderendstufen mit Kreuzfeldverstärkerröhren (CFA) P35 Q Empfänger Esprester (1.1,2.2); Fliege (3.2); Humann (1.3, 3.1); Lange (3.3); Lingenauber (2.5,2.6,3.4); Renkert (1.3, 2.4); Schaller (1.2,3.4); Schöffel (1.3); Schuster (2.3); Söllner (1.3,2.1,3.4); Supritz (2.6 bis 2.8) 1 Grundlagen. . . . . . Q 1 1.1 Definitionen Q 1 1.2 Empfängerkonzepte Q 4 1.3 Empfängereigenschaften Q 9 2 Baugruppen eines Mehrfach-Überlagerungsempfängers . Q 18 2.1 HF-Selektion . Q 19 2.2 HF-Verstärkung. . . . . . Q20 2.3 Mischstufen . . . . . . . . Q 21 2.4 Oszillatoren und Synthesizer Q 23 2.5 ZF-Teil. . . . Q32 2.6 Demodulation . Q 36 2.7 NF-Teil Q44 2.8 Schnittstellen . Q45 3 Anwendungen . . . Q 49 3.1 Nachrichtenempfänger Q49 3.2 Peilempfäns.er. . . . Q 53 3.3 Such- und Uberwachungsempfänger für Kommunikationssignale Q 53 3.4 Digitaler Empfänger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Q 57 R Nachrichtenübertragungssysteme Büchs (4); Eden (2); Krumpholz (5); Kügler (1); Mehner (1); Nossek (3.2); Peterknecht (3.3); Petermann (5); Spatz (1); Thaler (3.1, 3.4) 1 Koaxialkabelsysteme Rl 2 Rundfunksysteme . RIO 2.1 Allgemeines. . RIO 2.2 Rundfunkversorgung . RIO 2.3 AM-Hörrundfunk Rli 2.4 FM-Hörrundfunk R13 2.5 Fernsehrundfunk R15 2.6 Satellitenrundfunk .. R19 2.7 Kabelrundfunk und Gemeinschaftsantennenanlagen R21 Inhaltsverzeichnis XI 3 Richtfunksysteme . . . . R 23 3.1 Grundlagen. . . . . R23 3.2 Modulationsverfahren R26 3.3 Streckenaufbau und Geräte R32 3.4 Planung von Richtfunkverbindungen R37 4 Satellitenfunksysteme ........ R42 4.1 Grundlagen. . . . . . . . . . . R42 4.2 Grundzüge der Satellitenübertragung R44 4.3 Übertragungsarten . R47 4.4 Raumstationen . . . . . . . . . R49 4.5 Bodenstationen . . . . . . . . . R53 5 Optische Nachrichtenübertragungssysteme R57 5.1 Einleitung . . . . . . . . . . " . R 57 5.2 Komponenten der optischen Nachrichtentechnik R58 5.3 Charakterisierung des optischen Übertragungskanals R 61 5.4 Übertragungsverfahren . . . . . . . . . . . . . R66 5.5 Reichweite optischer Systeme . . . . . R69 5.6 Kohärente optische Übertragungssysteme R 70 S Hochfrequenztechnische Anlagen Detlefsen (1, 2.2 bis 2.4); Fliege (2.1); lanzen (3); Zimmermann (4) 1 Radartechnik . . . . . . . . . Sl 1.1 Grundlagen der Radartechnik Sl 1.2 Dauerstrichradar S2 1.3 Nichtkohärentes Pulsradar S4 1.4 Kohärentes Pulsradar S3 1.5 Verfolgungsradar S6 1.6 Radarsignaltheorie . S7 1. 7 Seitensichtradar S8 1.8 Sekundärradar S8 2 Funkortungssysteme S9 2.1 Funkpeilverfahren S9 2.2 Richtsendeverfahren SB 2.3 Satellitennavigationsverfahren S15 2.4 Hyperbe1navigationsverfahren S16 3 Technische Plasmen . . . . . . S17 3.1 Hochfrequenzanwendungen bei Plasmen S17 3.2 Elektromagnetische Wellen in Plasmen . S18 4 Radioastronomie ........... . S22 4.1 Frequenzbereiche und Strahlungsquellen S22 4.2 Antennensysteme der Radioastronomie S24 4.3 Empfangsanlagen . . . . . . . . . . S27 Inhaltsverzeichnis zu Band 1 A Einleitung Gundlach 1 Hinweise zur Benutzung des Taschenbuchs Al 2 Physikalische Größen, ihre Einheiten und Formelzeichen Al 3 Schreibweise physikalischer Gleichungen . A3 4 Frequenzzuordnungen A4
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