Taschenbuch der Hochfrequenztechnik: Band 3: Systeme

324 Pages·1992·10.529 MB·German

by  Meinke, Gundlach (auth.), Professor Dr.-Ing. Klaus Lange, Professor Dr.-Ing. Karl-Heinz Löcherer (eds.)

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
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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