Diplomprüfung WS 2006/2007

Transkript

1 Diplomprüfung WS 006/007 Prüfungsfach :Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik Prüfungszeit: 90 Min. Hilfsmittel: alle Datum: Prüfer: Prof. Dr. C. Clemen Für die Prüfung sind 3 Aufgaben zu lösen. Bei den Aufgaben 3 und 4 können Sie eine auswählen, die Aufgaben 1 und sind Pflicht. Die Lösungen sind auf der Angabe und den ausgeteilten Zusatzblättern auszuführen; auf diese sind Name und Aufgabennummern zu schreiben. Ergebnisse ohne ersichtlichen Lösungsweg werden nicht gewertet. Smith-Diagramm auf Seite Aufgabe Gegeben ist ein Rechteckhohlleiter der Reihe R70 mit a = 3,48 cm und b = 1,58 cm. a) Bestimmen Sie den Betriebsfrequenzbereich. b) Bestimmen Sie die zugehörigen Hohlleiterwellenlängen. c) Was passiert, wenn der Hohlleiter um 10 % und um % unterhalb (f u1, f u ) bzw. oberhalb (f o1, f o ) der unteren bzw. oberen Betriebsfrequenz betrieben wird.? d) Erläutern Sie den Aufbau einer Kupplung (Schraubverbindung) zwischen Koaxialleitung und Rechteckhohlleiter. (Skizze) e) Wie funktioniert ein Reflexklystron? Beschreiben Sie das Prinzip. Was versteht man unter einem Schwingbereich? Seite 1 von 5

2 . Aufgabe Es soll ein HF-Verstärker bei 10 GHz aufgebaut werden. Ausgesucht wurde ein FET, dessen S-Parameter bzgl. eines O Systems im Arbeitspunkt bei der Betriebsfrequenz wie folgt lauten S 11 = 0, ,4 ; S 1 = 1,78 55 ; S 1 = 0,079 9,7 S = 0,657-61,4 Außerdem liegen die Reflexionsfaktoren für eine optimale Eingangs- und Ausgangsanpassschaltung (für optimale Leistungsanpassung ), jeweils vom Transistor aus gesehen, vor? G,opt = 0, ;? L,opt = 0,79-75 a) Tragen Sie in das folgende Blockschaltbild die Leistungswellen und die Reflexionsfaktoren ein. Erläutern Sie die Bedeutung der S-Parameter anhand der Leistungswellen. Gene rator Anpa -sch FET Anpa -sch Last b) Wie ließe sich prüfen, ob der Transistor im Arbeitspunkt stabil ist? c) Berechnen Sie die maximal erzielbare Verstärkung unter der Voraussetzung der Rückwirkungsfreiheit des Transistors. Wie gut ist die Näherung? d) Entwerfen Sie für den Eingang eine Anpassschaltung mit offener O- Stichleitung (in Parallelschaltung): Skizze. Bestimmen Sie die bezogene Leitungslänge bis zur Stichleitung (am Transistoranschluss ist der Reflexionsfaktor? G,opt *!) und die bezogene Länge der Stichleitung. e) Bestimmen Sie die geometrischen Abmessungen der Leitungen ( Keramik-Substrat mit ε r = 9,6 und Dicke 0,635 mm). (Diagramme Seite 7) Seite von 5

3 3. Aufgabe Gegeben sei eine Dipol-Antennen-Zeile, bestehend aus 4 Einzeldipolen im jeweiligen λ Abstand von a =. Der Einzeldipol habe (im Fernfeld) eine Abstrahlcharakteristik gemäß S1 ( ϑ) 4 Γ1 ( ϑ ) = = sin ( ϑ). S1,max a) Falls die Dipole parallel zueinander angeordnet sind (A), ergibt sich für die Strahlungscharakteristik im Fernfeld 4βa sin ( cosϑ) S4( ϑ) Γ ( ) ϑ = = S4max βa 16 sin ( cosϑ) Um welchen Faktor erhöht sich die maximale Strahlstärke beim Übergang vom Einzeldipol zur Zeile? b) Geben Sie die Formel für die Strahlungscharakteristik für den Fall an, bei dem die Einzeldipole in Achsrichtung übereinander angeordnet sind.(b, Γ (ϑ ) ). c) Bestimmen Sie für die Anordnung A Γ ( ) für ϑ ϑ = π 0,49, π 0,4, 0. und fertigen Sie eine Skizze der Abstrahlcharakteristik an. A) Theta Theta B) Seite 3 von 5

4 4. Aufgabe a) Erläutern Sie Symmetrierschaltungen zur Verbindung einer Antenne an ein Koaxialkabel. b) Ein Satellitentransponder gebe 4 W an die Antenne ab. Die Antenne habe einen Gewinn von 5 db. Die Übertragung zur Erdstation in km Entfernung geschieht bei 4 GHz. Wie groß ist die Feldstärke an der Erdstation? c) Die Empfangsantenne für die Satellitenübertragung aus b) habe einen Gewinn von 58 db. Berechnen Sie die empfangene Leistung. Seite 4 von 5

5 Seite 5 von 5