電磁場(chǎng)微波技術(shù)與天線

前言

針對(duì)目前全國(guó)各高校課程體系改革，電磁場(chǎng)微波技術(shù)系列課程的內(nèi)容調(diào)整較大，一方面課時(shí)壓縮，另一方面某些課程如天線、無(wú)線電波傳播等已不再單獨(dú)開設(shè)，但按照專業(yè)要求，學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)應(yīng)有一定的掌握，本書就是針對(duì)這一要求編寫的。本書從理論聯(lián)系實(shí)際出發(fā)，把電磁場(chǎng)理論、微波技術(shù)與天線基本知識(shí)合并，構(gòu)成一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，體現(xiàn)了應(yīng)用型特色。在保持理論體系完整和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐瑫r(shí)，精選教學(xué)內(nèi)容，盡量避開繁雜的推導(dǎo)，既可以使?？粕莆諏W(xué)習(xí)專業(yè)技術(shù)必備的基本知識(shí)和基本技能，又切合專科生能夠理解和運(yùn)用的程度。在編寫過(guò)程中，盡可能地聯(lián)系實(shí)際工程技術(shù)的應(yīng)用，注意闡述物理概念，力求使讀者易學(xué)、易懂。除此之外，對(duì)傳統(tǒng)教材中的一些內(nèi)容進(jìn)行了取舍，如平面波部分從電磁波波動(dòng)的物理概念出發(fā)，分析平面波的傳播特性，避開利用麥克斯韋方程進(jìn)行數(shù)學(xué)推導(dǎo)的過(guò)程，同時(shí)略去了對(duì)平面波反射和透射的推導(dǎo)過(guò)程，僅從物理概念解釋，易于學(xué)生掌握。在天線基本知識(shí)中加入一些常用天線的介紹，拓寬學(xué)生的知識(shí)面，提高學(xué)生的應(yīng)用能力。本書可供高等學(xué)校工科電類專業(yè)?？粕x作教材，亦可用作從事雷達(dá)、通信、導(dǎo)航等相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員的參考書。本教材計(jì)劃學(xué)時(shí)數(shù)為92學(xué)時(shí)，全書共分為11章，包括矢量分析、電磁場(chǎng)電磁波理論、微波技術(shù)和天線基本知識(shí)4部分。第1章為矢量分析，著重討論了標(biāo)量場(chǎng)的梯度、矢量場(chǎng)的散度和旋度，為研究電磁場(chǎng)提供必要數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和工具。第2～6章為電磁場(chǎng)與電磁波理論部分。這一部分重點(diǎn)介紹了靜態(tài)場(chǎng)的性質(zhì)和基本解法，時(shí)變電磁場(chǎng)的基本方程組、邊界條件以及平面波的基本概念及傳播特性。第7～10章為微波技術(shù)部分，主要討論了均勻傳輸線理論、規(guī)則金屬波導(dǎo)、同軸線、微波網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)和微波元器件，其中在金屬波導(dǎo)部分側(cè)重介紹了矩形波導(dǎo)；在微波元器件一章中，從工程應(yīng)用的角度出發(fā)，重點(diǎn)介紹了具有代表性的幾組微波無(wú)源元器件，主要包括連接匹配元件、功率分配元件、微波諧振元件、天線收發(fā)開關(guān)和鐵氧體器件。第11章為天線基本知識(shí)，主要敘述了天線的基本參量、天線輻射單元、天線陣基本知識(shí)、線天線、面天線及相控陣天線工作原理，其中線天線部分側(cè)重介紹了工程中常用的引向天線、槽縫天線和螺旋天線的工作原理，面天線部分著重介紹了喇叭天線、拋物面天線，并對(duì)微帶天線作了簡(jiǎn)要介紹。上述四部分既相互聯(lián)系又相對(duì)獨(dú)立，使用本書作為教材時(shí)可根據(jù)不同的教學(xué)要求進(jìn)行取舍。本書由空軍工程大學(xué)導(dǎo)彈學(xué)院微波教研室長(zhǎng)期從事電磁場(chǎng)與微波技術(shù)專業(yè)教學(xué)和科研的多名教員合作編寫完成，編寫組成員包括童創(chuàng)明教授、梁建剛副教授、鞠智芹副教授、張旭春副教授以及楊亞飛講師和丁爾啟講師等，童創(chuàng)明教授對(duì)全書進(jìn)行了統(tǒng)稿。

內(nèi)容概要

　　《電磁場(chǎng)微波技術(shù)與天線》全面系地講解電磁場(chǎng)與電磁波、微波技術(shù)與天線的基礎(chǔ)理論、基本技術(shù)和基本分析方法，并特別注重基本概念的闡述。全書共分11章：矢量分析、靜電場(chǎng)、恒定電流的電場(chǎng)、恒定電流的磁場(chǎng)、時(shí)變電磁場(chǎng)、無(wú)線電波的基本知識(shí)、微波傳輸線、金屬波導(dǎo)、微波網(wǎng)絡(luò)的基本概念與基本參數(shù)、微波元器件、天線基礎(chǔ)知識(shí)。每章末有本章提要，并附有一定數(shù)量的習(xí)題?！　　峨姶艌?chǎng)微波技術(shù)與天線》可供高等院校理工科電子類微波技術(shù)專業(yè)、天線專業(yè)、無(wú)線電物理專業(yè)及相近專業(yè)?？粕鳛榻滩幕蚪虒W(xué)參考書，也可供電子工程與通信工程技術(shù)人員或相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員自學(xué)參考。

書籍目錄

緒論第1章 矢量分析1.1 矢量代數(shù)1.2 三種常用的正交坐標(biāo)系1.3 標(biāo)量場(chǎng)的梯度1.4 矢量場(chǎng)的通量與散度1.5 矢量場(chǎng)的環(huán)流與旋度1.6 無(wú)旋場(chǎng)與無(wú)散場(chǎng)拉普拉斯運(yùn)算1.7 亥姆霍茲定理小結(jié)習(xí)題第2章 靜電場(chǎng)2.1 庫(kù)侖定律電場(chǎng)強(qiáng)度2.2 靜電場(chǎng)的基本方程2.3 泊松方程拉普拉斯方程2.4 靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體2.5 介質(zhì)中的高斯定理2.6 介質(zhì)分界面上的邊界條件2.7 電場(chǎng)能量2.8 格林定理唯一性定理2.9 靜電場(chǎng)的解小結(jié)習(xí)題第3章 恒定電流的電場(chǎng)3.1 電流密度3.2 恒定電流電場(chǎng)的基本方程3.3 恒定電場(chǎng)的邊界條件小結(jié)習(xí)題第4章 恒定電流的磁場(chǎng)4.1 安培定律磁感應(yīng)強(qiáng)度4.2 矢量磁位4.3 磁場(chǎng)的通量和磁通量連續(xù)性原理4.4 恒定磁場(chǎng)的旋度安培環(huán)路定律4.5 標(biāo)量磁位4.6 恒定磁場(chǎng)的邊界條件4.7 磁場(chǎng)能量和能量密度小結(jié)習(xí)題第5章 時(shí)變電磁場(chǎng)5.1 電磁感應(yīng)定律和全電流定律5.2 麥克斯韋方程組5.3 電磁場(chǎng)的邊界條件5.4 電磁場(chǎng)的能量和能量傳播坡印亭矢量5.5 標(biāo)量位和矢量位小結(jié)習(xí)題第6章 無(wú)線電波的基本知識(shí)6.1 無(wú)線電波傳播的基本特性6.2 無(wú)線電波的極化6.3 無(wú)線電波傳播的基本規(guī)律6.4 多波段無(wú)線電波傳播的特點(diǎn)小結(jié)習(xí)題第7章 微波傳輸線7.1 概述7.2 傳輸線方程及其解的意義7.3 傳播系數(shù)和特性阻抗7.4 傳輸線的阻抗7.5 反射系數(shù)與駐波系數(shù)7.6 傳輸線的三種工作狀態(tài)7.7 圓圖及其應(yīng)用小結(jié)第8章 金屬波導(dǎo)8.1 概述8.2 矩形波導(dǎo)8.3 矩形波導(dǎo)中的其他型波8.4 矩形波導(dǎo)的功率傳輸8.5 波導(dǎo)的激勵(lì)與耦合8.6 圓波導(dǎo)8.7 同軸線小結(jié)習(xí)題第9章 微波網(wǎng)絡(luò)的基本概念與基本參數(shù)9.1 引言9.2 微波網(wǎng)絡(luò)參數(shù)9.3 雙口微波網(wǎng)絡(luò)的各種矩陣形式9.4 微波網(wǎng)絡(luò)的工作特性參數(shù)小結(jié)習(xí)題第10章 微波元器件10.1 概述10.2 金屬短路活塞10.3 波導(dǎo)的分支接頭和連接元件10.4 阻抗匹配元件10.5 功率分配器10.6 定向耦合器10.7 衰減器和移相器10.8 微波諧振器與諧振窗10.9 天線收發(fā)開關(guān)10.10 微波濾波器10.11 微波鐵氧體器件小結(jié)習(xí)題第11章 天線基礎(chǔ)知識(shí)11.1 概述11.2 電基本振子的輻射場(chǎng)11.3 對(duì)稱振子11.4 天線陣的基本知識(shí)11.5 引向天線介紹11.6 槽縫天線介紹11.7 螺旋天線介紹11.8 面天線的基本知識(shí)11.9 喇叭天線介紹11.10 拋物面天線介紹11.11 腰形天線介紹11.12 微帶天線介紹11.13 相控陣天線簡(jiǎn)介小結(jié)習(xí)題參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：1．似光性和似聲性微波具有類似光一樣的特性，主要表現(xiàn)在反射性、直線傳播性及集束性等方面。由于微波的波長(zhǎng)與地球上的一般物體（如飛機(jī)、輪船、汽車等）的尺寸相比要小得多，或在同一量級(jí)，因此當(dāng)微波照射到這些物體時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射?；谖⒉ǖ纳鲜鎏匦匀藗儼l(fā)明了雷達(dá)系統(tǒng)。微波如同光一樣在空間的直線傳播，如同光可聚焦成光束一樣，微波也可通過(guò)天線裝置形成定向輻射，從而可以定向傳輸或接收由空問(wèn)傳來(lái)的微弱信號(hào)，實(shí)現(xiàn)微波通信或探測(cè)。由于微波的波長(zhǎng)與物體（如實(shí)驗(yàn)室中的無(wú)線電設(shè)備）的尺寸具有相同的量級(jí)，使得微波的特點(diǎn)又與聲波的特點(diǎn)相近，即所謂似聲性。例如，微波波導(dǎo)類似于聲學(xué)中的傳聲筒；喇叭天線和縫隙天線類似于聲學(xué)喇叭、簫和笛；微波諧振腔類似于聲學(xué)共鳴箱等。2．穿透性微波照射到介質(zhì)時(shí)具有穿透性，主要表現(xiàn)在云、霧、雪等對(duì)微波傳播的影響較小，這為全天候微波通信和遙感打下了基礎(chǔ)。此外，微波具有穿越電離層的透射特性。實(shí)驗(yàn)證明：微波波段的幾個(gè)分波段（如1～10GHz，20～30GHz及91GHz附近）受電離層的影響較小，可以較為容易地由地面向外層空間傳播，從而成為人類探索外層空間的“無(wú)線電窗口”，為宅問(wèn)通信、衛(wèi)星通信、衛(wèi)星遙感和射電天文學(xué)的研究提供了難得的無(wú)線電通道。3．寬頻帶特性任何通信系統(tǒng)為了傳遞一定信息必須占有一定的頻帶。傳遞某種信息所必須的頻帶寬度叫帶寬。例如，電話（語(yǔ)言）信道的帶寬為4kHz，廣播的帶寬為16kHz，而一路電視頻道的帶寬為8kHz。顯然，要傳輸?shù)男畔⒃蕉?，所用的頻帶就越寬。一般一個(gè)傳輸信道的相對(duì)帶寬（即頻帶寬度與中心頻率之比）不能超過(guò)百分之幾，所以為了使多路電視、電話能同時(shí)在一條線路上傳送，就必須使信道中心頻率比所要傳遞的信息總帶寬高幾十至幾百倍。而微波具有較寬的頻帶特性，其攜帶信息的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)中短波及超短波，因此現(xiàn)代多路無(wú)線通信幾乎都工作在微波波段。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，單位頻帶所能攜帶的信息更多，這為微波通信提供了更廣闊的前景。4．非電離性微波的量子能量還不夠大，不足以改變物質(zhì)分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或破壞分子問(wèn)的鍵。而由物理學(xué)知道，分子、原子和原子核再外加電磁場(chǎng)的周期力作用下所呈現(xiàn)的許多共振現(xiàn)象都發(fā)生在微波范圍，因而微波為探索物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本特性提供了有效的研究手段。另外，利用這一特性和原理，可研制許多適用于微波波段的器件。三、微波的應(yīng)用由于微波波段具有上述重要特點(diǎn)，有著鮮明的“個(gè)性”，使得微波的實(shí)際應(yīng)用相當(dāng)廣泛，尤其是近年來(lái)發(fā)展更快，新的應(yīng)用層出不窮。微波的應(yīng)用包括作為信息載體的應(yīng)用和作為微波能的應(yīng)用兩個(gè)方面，這里簡(jiǎn)單介紹微波的幾種主要的用途。

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