電磁波與天線

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電磁波與天線

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內容描述

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本書系統介紹電磁場與電磁波的基本概念和基礎理論，幫助學生掌握天線與電波傳播的基礎知識，解決電磁工程應用中的實際問題。本書保持電磁場基礎理論的系統性，具備了自主學習的拓展性。全書共10章，第1~4章介紹電磁場與電磁波的基本規律，包括數學基礎——矢量分析，宏觀電磁現象的總規律——麥克斯韋方程組，靜態電磁場，均勻平面電磁波的規律——傳播、反射與折射；第5~6章介紹傳輸線基礎理論和典型傳輸線——規則金屬波導；第7~10章主要介紹天線與電波傳播知識，包括天線基礎知識，電波傳播基礎知識，典型天線在短波通信、廣播電視、移動通信和中繼通信中的應用，以及新型人工電磁結構天線。
本書配有數量合適的例題解析、課後習題、講課視頻、案例模型等，方便學生學習掌握。本書可以作為大學本科電子信息工程、通信工程等專業的教材，也可供從事天線技術、電波傳播、射頻技術、微波技術、電磁兼容技術的科研和工程技術人員參考。

目錄大綱

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目錄

第1章矢量分析

1．1三種常用坐標系

1．1．1直角坐標系

1．1．2圓柱坐標系

1．1．3球坐標系

1．1．4三種坐標系坐標變量之間的關系

1．1．5三種坐標系坐標單位矢量之間的關系

1．2矢量函數

1．2．1矢量表示法

1．2．2矢量函數

1．3標量函數的梯度

1．3．1標量場的等值面和等值線

1．3．2方向導數

1．3．3梯度

1．4矢量函數的散度

1．4．1矢量場的矢量線

1．4．2矢量場的通量

1．4．3散度

1．4．4高斯散度定理

1．5矢量函數的旋度

1．5．1矢量場的環量

1．5．2旋度

1．5．3斯托克斯定理

1．6矢量恆等式

1．6．1哈密頓一階微分算子及恆等式

1．6．2哈密頓二階微分算子及恆等式

1．7亥姆霍茲定理

1．7．1無旋場、無散場和調和場

1．7．2亥姆霍茲定理

習題

第2章電磁場的基本方程

2．1電磁場的源

2．1．1電荷及電荷密度

2．1．2電流和電流密度

2．1．3電荷守恆定律與電流的連續性方程

2．2電場強度

2．3磁感應強度

2．4法拉第電磁感應定律

2．5麥克斯韋方程組

2．6時變電磁場的邊界條件

2．6．1磁場強度的邊界條件

2．6．2電場強度的邊界條件

2．6．3磁感應強度和電位移矢量的邊界條件

2．7坡印廷定理

2．8諧變電磁場

2．8．1諧變電磁場的復數表示法

2．8．2麥克斯韋方程組的復數形式

2．8．3坡印廷矢量的復數形式

習題

第3章靜態電磁場

3．1靜電場

3．1．1靜電場的基本方程

3．1．2靜電場的邊界條件

3．1．3電位函數

3．1．4電容

3．1．5電場能量

3．2恆定電流的電場

3．2．1恆定電場的基本方程

3．2．2恆定電流電場的邊界條件

3．2．3恆定電流的電場與靜電場的比擬

3．3恆定電流的磁場

3．3．1恆定磁場的基本方程和邊界條件

3．3．2矢量磁位

3．3．3磁偶極子

3．3．4電感

3．3．5磁場的能量與能量密度

3．4靜態場的邊值問題

3．4．1靜態場問題的類型和解法

3．4．2唯一性定理

3．4．3鏡像法

3．4．4分離變量法

習題

第4章均勻平面波的傳播、反射與折射

4．1理想介質中的均勻平面波

4．2均勻平面波的極化

4．2．1均勻平面波的橢圓極化

4．2．2均勻平面波的線極化

4．2．3均勻平面波的圓極化

4．3有耗媒質中的均勻平面波

4．3．1均勻平面波在有耗媒質中的電磁場

4．3．2有耗媒質中的傳播特性

4．3．3良導電媒質中的平面波

4．4均勻平面波的反射與折射

4．4．1反射定律與折射定律

4．4．2均勻平面波垂直入射到理想導體錶面

4．4．3均勻平面波垂直入射到理想介質錶面

4．4．4均勻平面波斜入射到理想介質錶面

4．4．5均勻平面波斜入射到理想導體錶面

習題

第5章傳輸線理論

5．1引言

5．1．1傳輸線的分類

5．1．2傳輸線的分佈參數和等效電路

5．2均勻傳輸線方程及其解

5．2．1傳輸線方程

5．2．2均勻傳輸線方程解

5．3均勻傳輸線的特性參數和工作參數

5．3．1傳播常數

5．3．2特性阻抗

5．3．3相速和波長

5．3．4輸入阻抗

5．3．5反射系數

5．3．6駐波比和行波系數

5．4無耗傳輸線的工作狀態

5．4．1行波狀態

5．4．2駐波狀態

5．4．3行駐波狀態

*5．5史密斯圓圖

5．5．1阻抗圓圖

5．5．2導納圓圖

5．6阻抗匹配

5．6．1阻抗匹配的概念

5．6．21/4波長阻抗變換器

5．6．3單支節匹配器

5．6．4雙支節匹配器

習題

第6章規則金屬波導

6．1縱向場方法

6．1．1縱向分量的亥姆霍茲方程

6．1．2橫向分量用縱向分量表示

6．1．3空腔金屬波導內的導波模式

6．1．4波導中電磁波的傳輸特性

6．2矩形波導

6．2．1矩形波導中的TE模

6．2．2矩形波導中的TM模

6．2．3矩形波導的傳輸特性

6．2．4矩形波導的主模TE10模

6．3圓形波導

6．3．1圓波導中的TE模

6．3．2圓波導中的TM模

6．3．3圓波導的傳輸特性

6．3．4圓波導中的三個主要模式

6．4同軸線

6．4．1TEM模

6．4．2同軸線中的高次模

6．4．3同軸線單模傳輸條件

*6．5其他波導

6．5．1脊波導

6．5．2橢圓波導

6．5．3鰭線

習題

第7章天線基礎知識

7．1電磁波的輻射機理

7．1．1達朗貝爾方程的推導

7．1．2達朗貝爾方程的解

7．1．3滯後位及其物理意義

7．2電流元的輻射

7．2．1近區場

7．2．2遠區場

7．2．3中間區

7．3磁流元的輻射

*7．4縫隙元的輻射

7．5惠更斯元的輻射

7．6天線的電參數

7．6．1方向特性

7．6．2阻抗特性

7．6．3帶寬特性

7．6．4極化特性

7．7對稱振子

7．7．1對稱振子的輻射原理

7．7．2對稱振子的電參數

7．7．3短振子

7．8天線的接收理論

7．8．1天線的最佳接收條件

7．8．2有效接收面積

7．8．3弗利斯傳輸公式

7．9天線陣

7．9．1二元天線陣

7．9．2均勻直線陣

*7．9．3非均勻直線陣

7．9．4天線陣的阻抗特性

7．10天線的鏡像法應用

7．10．1天線的鏡像理論

7．10．2基於鏡像理論的實際天線應用

習題

第8章電波傳播概論

8．1電波傳播基礎知識

8．1．1無線電波及傳播環境

8．1．2電波傳播的主要方式

8．1．3電波傳播特點與規律

8．2地波傳播

8．2．1地球錶面特性

8．2．2地波傳播特性

8．3天波傳播

8．3．1電離層特性

8．3．2天波傳播特性

8．3．3短波天波傳播

8．4視距傳播

8．4．1地面對視距傳播的影響

8．4．2低空大氣層對視距傳播的影響

*8．5散射傳播

8．5．1散射傳播基本原理

8．5．2散射傳播傳輸損耗分析

習題

第9章天線技術及其應用

9．1短波通信天線及其應用

9．1．1短波地波天線

9．1．2短波天波天線

9．2廣播電視天線及其應用

9．2．1電視接收天線

9．2．2電視發射天線

9．3移動通信天線及其應用

9．3．1手持機(移動台)用天線

9．3．2基站台用天線

9．3．3移動通信天線的4G和5G應用場景

9．4中繼通信天線及其應用

9．4．1口徑天線的基本原理

9．4．2喇叭天線

9．4．3反射面天線

習題

*第10章新型人工電磁結構天線

10．1新型人工電磁結構的基本概念和理論分析

10．1．1新型人工電磁結構的基本概念

10．1．2新型人工電磁結構的等效媒質參數提取

10．1．3諧振型人工電磁結構的電磁特性分析

10．1．4非諧振型人工電磁結構的電磁特性分析

10．2新型人工電磁結構電小天線

10．3新型人工電磁結構電大天線

10．4新型人工電磁結構波束調控天線

習題

附錄A部分習題參考答案

附錄B重要公式

附錄C常用材料參數表

附錄D主要符號和單位

參考文獻

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