電磁場與電波傳播

目錄

大綱+課件

第1章矢量分析與場論

1．1矢量代數

1．1．1標量與矢量

1．1．2矢量的基本運算

1．1．3常用矢量

1．2場論基礎

1．2．1場的定義與分類

1．2．2場的表示方法

1．3標量場的梯度

1．3．1方向導數

1．3．2梯度

1．4矢量場的散度和旋度

1．4．1通量與散度

1．4．2環量與旋度

1．5亥姆霍茲定理

1．6正交曲線坐標系

1．7案例與實踐

思考題

練習題

第2章靜態電磁場

2．1恆定電流場

2．1．1電荷與電荷密度

2．1．2電流與電流密度

2．1．3電流連續性方程

2．1．4歐姆定律與結構方程

2．1．5焦耳定律

2．1．6恆定電場

2．2靜電場

2．2．1真空中的靜電場

2．2．2靜電場的電位

2．2．3靜電場中的媒質

2．2．4靜電場的能量

2．2．5靜電場的場方程

2．3靜磁場

2．3．1真空中的靜磁場

2．3．2靜磁場的磁矢位

2．3．3靜磁場中的媒質

2．3．4靜磁場的能量

2．3．5靜磁場的場方程

2．4案例與實踐

思考題

練習題

第3章時變電磁場

3．1麥克斯韋方程組

3．1．1法拉第電磁感應定律與感應電場

3．1．2位移電流與全電流定律

3．1．3麥克斯韋方程組的形式及意義

3．2邊界條件

3．2．1邊界條件的一般形式

3．2．2理想導體錶面的邊界條件

3．2．3理想介質錶面的邊界條件

3．3時變電磁場的位函數

3．3．1標量位與矢量位

3．3．2位函數滿足的方程與解

3．4電磁場的能量

3．5時變電磁場的波動性

3．5．1波動方程

3．5．2波動性

3．6時諧電磁場

3．6．1時諧電磁場的瞬時表示式和復數表示式

3．6．2時諧場的復數形式麥克斯韋方程組和結構方程、邊界條件

3．6．3時諧場的復坡印廷矢量和復坡印廷定理

3．6．4時諧場的波動方程

3．6．5時諧場的位函數

3．7案例與實踐

思考題

練習題

第4章平面電磁波

4．1無界理想媒質中的均勻平面波

4．1．1時諧波動方程的解——均勻平面波

4．1．2理想媒質中均勻平面波的傳播特性及參數

4．1．3向任意方向傳播的均勻平面波

4．2無界導電媒質中的均勻平面波

4．2．1導電媒質中的均勻平面波特性

4．2．2弱導電媒質中的均勻平面波

4．2．3良導體中的均勻平面波

4．2．4色散與群速度

4．3電磁波的極化

4．3．1極化的定義

4．3．2線極化

4．3．3圓極化

4．3．4橢圓極化

4．3．5三種極化波的相互關系

4．3．6電磁波極化的工程應用

4．4均勻平面波在不同媒質交界面上的反射和折射

4．4．1均勻平面波從理想介質向理想介質入射

4．4．2均勻平面波從理想介質向理想導體入射

4．4．3均勻平面波從理想介質向導電媒質入射

4．5案例與實踐

思考題

練習題

第5章導行電磁波

5．1導行電磁波的場模式及分析方法

5．1．1導行電磁波的場模式

5．1．2傳輸線中TE模和TM模的分析方法

5．1．3傳輸線中TEM模的分析方法

5．2矩形波導

5．2．1矩形波導中TE模的求解

5．2．2矩形波導中TM模的求解

5．2．3矩形波導中TE模和TM模的傳輸條件與特性

5．2．4矩形波導中的主模和高次模

5．3矩形波導中TE10模

5．3．1TE10模的場強表達式和傳輸特性參數

5．3．2矩形波導中TE10模的場結構

5．3．3矩形波導中TE10模的壁面電流

5．3．4TE10模的傳輸功率

5．4圓波導中的導行波

5．4．1圓波導中的TE型波

5．4．2圓波導中的TM型波

5．4．3圓波導中導行波的一般特性和尺寸選擇

5．4．4圓波導中常用的三種模式

5．5同軸傳輸線

5．5．1同軸線TEM波的求解

5．5．2同軸線TEM波的傳輸特性

5．5．3同軸線中的高次模及其尺寸選擇

5．6平行雙導線傳輸線

5．7微帶線

5．7．1微帶線中的工作模式

5．7．2微帶線的損耗

5．7．3微帶線的色散特性和高次模

思考題

練習題

第6章微波傳輸線理論

6．1傳輸線方程及其解

6．1．1微波傳輸線的分佈參數與集總參數等效電路 

6．1．2傳輸線方程及其時諧穩態解

6．2傳輸線的工作參數

6．2．1傳輸線的特性阻抗

6．2．2傳播常數、相速度與傳輸線波長

6．2．3電壓反射系數與電流反射系數

6．2．4輸入阻抗和輸入導納

6．2．5駐波系數與行波系數

6．3無損耗傳輸線的工作狀態

6．3．1行波狀態

6．3．2駐波狀態

6．3．3行駐波工作狀態

6．4阻抗圓圖和導納圓圖

6．4．1反射系數圓

6．4．2阻抗圓圖

6．4．3導納圓圖

6．5阻抗匹配

6．5．1λ/4阻抗變換器

6．5．2支節匹配器

思考題

練習題

第7章微波網絡理論

7．1波導傳輸線的等效

7．1．1等效電壓和等效電流

7．1．2等效特徵阻抗

7．1．3歸一化參量

7．2單埠微波網絡

7．3雙埠微波網絡

7．3．1阻抗矩陣和導納矩陣

7．3．2轉移矩陣

7．3．3散射矩陣

7．3．4網絡參數的相互關系

7．4微波網絡的外部特性參數

7．5散射矩陣的測量

思考題

練習題

第8章微波元器件

8．1基本元件

8．1．1矩形波導中的基本電抗元件

8．1．2矩形波導中的匹配負載

8．1．3矩形波導中的衰減器與移相器

8．1．4同軸線中的基本電抗元件

8．1．5同軸線匹配負載

8．1．6微帶線中的基本電抗元件

8．1．7微帶式匹配負載

8．2分支元件

8．2．1矩形波導分支接頭

8．2．2微帶線三埠功率分配器

8．3定向耦合器

8．3．1定向耦合器的技術指標

8．3．2雙孔定向耦合器的工作原理

8．3．3微帶雙分支定向耦合器

8．4微波諧振器

8．4．1微波諧振器的基本電參數

8．4．2矩形諧振腔

8．4．3圓柱諧振腔

8．4．4同軸諧振腔

8．5微波濾波器

8．5．1濾波器的基本概念

8．5．2集總參數濾波器

8．5．3微波濾波器的實現

8．6微波鐵氧體器件

8．6．1鐵氧體的特性

8．6．2鐵氧體移相器

8．6．3鐵氧體隔離器

8．6．4鐵氧體環行器

思考題

練習題

第9章天線基礎

9．1基本電振子

9．1．1基本電振子的概念和場解

9．1．2基本電振子的輻射特性

9．1．3輻射功率與輻射電阻

9．2發射天線的電參數

9．2．1效率與輻射電阻

9．2．2輸入阻抗

9．2．3方向圖

9．2．4方向性系數

9．2．5增益系數

9．2．6極化

9．2．7有效長度

9．2．8工作頻帶寬度

9．2．9功率容量

9．3接收天線的電參數

9．3．1天線接收電磁波的物理過程

9．3．2電參數

9．4弗利斯傳輸公式

9．5自由空間的對稱振子

9．5．1對稱振子的輻射場

9．5．2對稱振子的方向圖

9．5．3對稱振子的輻射電阻和方向性系數

9．5．4對稱振子的輸入阻抗

9．6天線陣概念

9．6．1二元陣和方向圖乘積定理

9．6．2導電平面對鄰近天線的影響

9．6．3均勻直線陣

9．6．4均勻直線邊射陣、端射陣和斜射陣

9．7幾種常用天線

9．7．1垂直接地振子

9．7．2引向天線

9．7．3背射天線

9．7．4螺旋天線

9．7．5寬帶帶天線

9．7．6波導縫隙天線

9．7．7微帶天線

9．7．8喇叭天線

9．7．9旋轉拋物面天線

9．7．10其他反射面天線

思考題

練習題

第10章電波傳播

10．1電波傳播的基本概念

10．1．1電磁波頻譜

10．1．2無線電波主要的傳播方式

10．1．3無線電波在自由空間內的傳播

10．1．4傳輸媒質對電波傳播的影響

10．2地波傳播

10．2．1地球錶面的電特性

10．2．2地波傳播的基本特性

10．2．3平面地上的地面波場強計算

10．2．4地下傳播與水下傳播

10．2．5地波傳播特性

10．3天波傳播

10．3．1電離層概況

10．3．2電離層的介電特性

10．3．3短波天波傳播

10．3．4短波傳播的基本特點

10．4視距傳播

10．4．1自由空間電波傳播的菲涅耳區

10．4．2傳播餘隙

10．4．3地面對電波傳播的影響

10．4．4低空大氣層對電波傳播的影響

思考題

練習題

參考文獻