TE 1, 2

Theoretische Elektrotechnik

Elektromagnetische Vorgänge können bei mehrdimensionalen Strukturen nur mit Hilfe der Darstellung durch skalare und vektorielle Felder beschrieben werden. Eine vollständige Beschreibung aller elektromagnetischen Vorgänge in einem differenziellen Bereich ist durch die Maxwellschen Gleichungen gegeben. Die Lösungen dieser Gleichungen für vorgegebene Randbedingungen beschreiben sowohl die elektrischen und die magnetischen Felder als auch die Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen im Freiraum und entlang von Führungsstrukturen.

Nun ist eine allgemeine, allgemeingültige Lösung der Maxwellgleichungen nicht erreichbar, so dass für die interessierenden Fälle jeweils nach dem günstigsten Lösungsansatz und der geeignetsten Lösungsmethode gesucht werden muss:

Für eine Reihe von wichtigen Anwendungsfällen, wie z. B. für die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen entlang von Begrenzungsflächen aus metallisch leitenden Strukturen oder Bereichen mit unterschiedlichen dielektrischen Eigenschaften sind bereits in der Vergangenheit geeignete Lösungen erarbeitet worden, die im Rahmen der Vorlesung vorgestellt werden. Für die Sonderfälle der stationären oder quasistationären elektrischen und magnetischen Feldern sind eine Reihe von speziellen Lösungsmethoden bekannt, die vor allem für die energietechnischen Disziplinen von Bedeutung sind.

Theoretische Elektrotechnik 1 (E&A und I)

Wellengleichung für harmonische Erregung: Ebene Wellen; Lichtgeschwindigkeit, Poyntingscher Vektor, komplexe Dielektrizitätszahl im Fall verlustbehafteter Materialien; Dämpfung und Phasenmaß, Wellenzahl.

Wellen an Grenzschichten:
Senkrechter Einfall auf leitende Ebene und Dielektrikum, schräger Einfall auf leitende Ebene und Dielektrikum; Phasen- und Energiegeschwindigkeit; Polarisation  Totalreflexion und Brewsterwinkel; Wellen oberhalb einer dielektrischen Grenzschicht bei Einstrahlung aus dem dichteren Medium; Skineffekt bei Wellen an leitenden Grenzschichten.

Geführte Wellen:
Leitungswelle; E- und H-Wellen, Hohlleiterwellen im Rechteck- und im Kreisquerschnitt; Wellenlänge im Hohlleiter, Feldwellenwiderstand, höhcere Wellentypen, Eindeutigkeitsbereich von Hohlleitern; Feldverteilung und Wandströme; Verlustleistung; übertragbare Leistung, Hohlraumresonatoren; Streifenleiter; Lichtleitfasern.

Theoretische Elektrotechnik 2 (E&A)

Formale Beschreibung von Bauelementen mit Wellenparametern: Definition von Wellenamplitude und Streumatrix; Messung mit Messleitung; Richtkoppler; Gesetzmäßigkeiten der Streumatrix bei verlustlosen N-Toren.

Feldberechnungen:
Ladung und elektrischer Fluss; elektrische Feldstärke und Potenzial; Punkt-Linien- und Flächenladungen; Feldberechnungen mit der Laplace'schen und der Poisson'schen Differentialgleichung in verschiedenen Koordinatensystemen; Lösungsansätze mit Spiegelung, elektrolytischer Trog, Gummimodell, Relaxationsverfahren, Produktansatz, konforme Abbildung, grafische Methoden; Dipolfelder, Anisotropie, Brechungsgesetz für Feldlinien; Analogie zwischen den Berechnungsmethoden für elektrische und magnetische Felder; Polstärke, magnetischer Fluss und Flussdichte; magnetische Feldstärke und Magnetisierung; magnetische Feldenergiedichte; Induktionsgesetz; Verhalten von zeitlich veränderlichen Feldern und Leiteranordnungen.

Theoretische Elektrotechnik 2 (I)

  INHALTSVERZEICHNIS

1.   Einleitung und Definition
2.   Das Strahlungsfeld von Antennen
      2.1 Maxwell´sche Gleichungen
      2.2 Die elektrodynamischen Potenziale
      2.3 Lösung der Wellengleichung für das skalare Potenzial im statischen Fall 
      2.4 Lösung der vollständigen Wellengleichung
      2.5 Lösung der Wellengleichung für das Vektorpotenzial
3. Der Hertz´sche Dipol oder Elementardipol
      3.1 Das Strahlungsfeld   
      3.2 Das Fernfeld von Antennen
      3.3 Feldbilder der Kugelwelle des Hertz´schen Dipols im Fernfeld
4. Randbedingung für elektromagnetische Felder an Antennenleitern und induzierte Spannung
5. Strahlungsleistung, Strahlungswiderstand   
      5.1 Strahlungsleistung
      5.2 Strahlungswiderstand
6. Verfahren zur Berechnung der Stromverteilungen auf  Antennenleitern nach der Momentenmethode
      6.1 Erläuterung des Berechnungsverfahrens   
      6.2 Aufstellung eines Gleichungssystems für die Stromverteilung einer im Fußpunkt kurzgeschlossenen Antenne im Empfangsfeld
      6.3 Gleichungssystem für die Empfangsstromverteilung auf einer im Fußpunkt leerlaufenden Antenne   
7. Fernfeld einer Gruppe von Elementarstrahlern
      7.1 Elementarstrahleranordnung ohne Gangunterschied zum fernen Aufpunkt   
      7.2 Gruppe beliebig orientierter und positionierter Elementarstrahler
      7.3 Richtcharakteristik eine Elementarstrahlergruppe, Richtfunktion
      7.4 Richtcharakteristik einer Gruppe isotroper Strahler
8. Richtfaktor D
9. Richtfunktion einfacher Antennenanordnungen
      9.1 Hertzscher Elementarstrahler   
      9.2 Querstrahler mit N gleichphasig gespeisten Elementarstrahlern
            9.2.1 Feldstärkevektoren
            9.2.2 Gruppencharakteristik und Richtfunktion
            9.2.3 Querstrahlanordnungen von Strahlerpaaren (Doubletten)
      9.3 Richtfunktion und Richtfaktor einer linearen Gruppe isotroper Strahler
            9.3.1 Längsstrahler
10. Empfangsantennen   
      10.1 Empfangsspannung des Elementardipols   
      10.2 Gleichheit von Sende- und Empfangsdiagramm, Reziprozität
      10.3 Wirksame Fläche einer Antenne
      10.4 Antennengewinn, Wirkungsgrad