Über das Abstrahlverhalten von
Spiralantennen
vorgelegt von
Dipl.-Ing. Bernhard Kalender
aus Berlin
von der Falkultät IV - Elektrotechnik und Informatik
der Technischen Universität Berlin
zur Erlangung des akademischen Grades
Doktor der Ingenieurwissenschaften
-Dr.-Ing.-
genehmigte Dissertation
Promotionsausschuss:
Vorsitzender: Prof.Dr.-Ing.G.Böck
1. Berichter: Prof.Dr.-Ing.G.Mönich
2. Berichter: Prof.Dr.-Ing.S.Lindenmeier
Tag der wissenschaftlichen Aussprache: 27. Mai 2011
Berlin 2011
D83
iii
Danksagung
Meinem verehrten Lehrer Prof.Dr.-Ing.G. Mönich bin ich zu großem Dank
verpflichtet, dass er mir die Bearbeitung dieses Themas ermöglicht hat. Ich
danke ihm für die vielen großartigen Diskussionen und Hinweise, sowie
für seine wertvollen Ratschläge und die überaus angenehme Arbeitsatmo-
sphäre, unter der diese Arbeit entstanden ist.
Ich danke Herrn Prof.Dr.-Ing.S. Lindenmeier sehr für die Übernahme des
Gutachtens und die damit verbundenen Bemühungen.
Herrn Prof.Dr.-Ing.G. Böck danke ich für seine Bereitschaft den Vorsitz zu
übernehmen.
Meiner Frau Carolyn möchte ich danken für ihre stete Unterstützung und
Geduld, sowie für ihre Änderungsvorschläge und Anregungen im Rah-
men dieser Arbeit. Ich danke Dir.
Inhaltsverzeichnis
Danksagung iii
1 Einführung und Überblick 1
2 Spiralantennen – State of the Art 5
2.1 Bezeichnungen und Geometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 Derzeitiger Erkenntnisstand über die Abstrahlung . . . . . . 13
2.2.1 Strahlungsdiagramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.2 Polarisation im Fernfeld . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.2.3 Eingangswiderstand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3 Aufgabenstellung......................... 23
2.4 Grundstruktur(en) der im Weiteren behandelten Spiralen . . 23
3 Die Berechnung von Strömen und Feldern 25
3.1 Die Momentenmethode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2 Die Erweiterung nach Rao-Wilton-Glisson . . . . . . . . . . . 28
3.3 Anwendung der MoM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.4 Grundsätzliche Probleme bei der Darstellung . . . . . . . . . 33
3.5 Der Begriff der Feldlinie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.6 Berechnung der Feldlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.7 Anmerkungen zur Konvergenz . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.8 Polarisation ............................ 36
4 Wellenablösung im Nahfeld 39
4.1 Polarisation und Ablösung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.2 E-Feldablösung längs der Leitung . . . . . . . . . . . . . . . 44
4.3 E-Feldablösung quer zur Leitung . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.4 H-Ablösung in der Symmetrieebene . . . . . . . . . . . . . . 84
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