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編輯推薦: |
(1) 以微波系统为牵引,突出基础知识的完备性,贯通“理论、元件、器件、系统、应用”,循序渐进,构成有机整体,具有系统性。
(2) 阐述清晰易懂,力求揭示“场-路”物理本质,突出“化场为路、场路结合、路路结合”思维和方法,强调等效电路分析、场路融合,减少繁琐公式推导,加强物理概念的诠释。
(3) 突出新颖前沿的科研案例,从科研成果中凝练电磁场与微波技术前沿性和工程性案例10余项,包括涡旋电磁波、左手材料、5G基站天线、智能超表面、间隙波导、软件无线电等。
(4) 强调工程应用,理论与实践并重,配套30项实践项目,掌握电磁场、微波电路问题的仿真方法和测量方法(包括矢量网络分析仪和微波CAD软件等基本工具),注重培养学生解决复杂工程问题的能力。
(5) 新形态教材,配套资源丰富,包括教学大纲、思维导图、PPT课件、教学视频、实践项目、彩图动画、习题解答 ,可扫描书中二维码下载或观看。
(6) 每章附有大量例题和习题,便于学生及时总结和回顾,加深对知识的理解,系统掌握电磁场与微波技术的基本原理和分析方法。
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內容簡介: |
本书是根据战略性新兴领域(新一代通信技术)教材建设要求,以及当前电磁场与微波技术学科的发展编著而成的。其特点是兼顾系统性和先进性,内容完整齐备、阐述浅显易懂、案例新颖前沿、注重工程实践。
全书共10章,主要阐述电子信息系统中的电磁波信号产生、传输、变换、发射、传播、接收的基本概念、原理和方法,具体包括绪论、电磁场基础、平面电磁波、导行电磁波、传输线理论和平面传输线、微波网络理论和微波元件、微波无源和有源器件、天线原理、电波传播和微波系统导论。
本书可作为电子信息类相关专业的本科生和研究生教材,也可供相关科研人员、工程技术人员参考。
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關於作者: |
柴舜连,国防科技大学教授,学校电磁场与微波技术教学团队负责人,获评学校优秀资深教师。承担载人航天、武器装备预研、国家自然基金等项目50余项,发表论文100余篇。主讲电磁波与天线、微波技术基础、微波电路与系统等课程。编著教材3部,译著1部。获评湖南省线下一流课程、学校精品课程。获省部级教学成果二等奖2项,军队或省部级科技进步二等奖1项,三等奖3项。
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目錄:
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第0章绪论
0.1电磁频谱和微波频段
0.1.1电磁频谱
0.1.2微波的概念
0.1.3微波的特点
0.2电磁场与微波技术的发展
0.2.1电磁理论的发展
0.2.2微波技术的发展
0.3电磁场与微波技术的应用
0.3.1几种典型应用
0.3.2无线通信中的微波系统
0.4本书方法、内容和特点
0.4.1研究方法
0.4.2本书内容
0.4.3本书特点
习题
第1章电磁场基础
1.1矢量场和源
1.1.1矢量场的表示方法
1.1.2矢量场的散度和旋度
1.1.3矢量场唯一解的条件
1.2媒质的电磁特性
1.2.1媒质的传导特性
1.2.2介质的极化特性
1.2.3介质的磁化特性
1.2.4媒质的结构方程
1.3麦克斯韦方程组
1.3.1数学形式
1.3.2物理意义
1.4电磁场的边界条件
1.4.1边界条件的一般形式
1.4.2几种特殊的边界条件
1.5时谐电磁场
1.5.1时谐电磁场的表示方法
1.5.2时谐场复数形式的麦克斯韦方程组和边界条件
1.5.3复介电常数和复磁导率
1.6时谐场的能量守恒定律
1.6.1坡印廷矢量
1.6.2复坡印廷定理
1.7案例1: 避雷针顶端设计
1.7.1避雷针上的电荷分布规律
1.7.2避雷针的设计准则与防护区域
1.8案例2: 微波炉怎么加热食物
1.8.1微波加热原理及特点
1.8.2微波炉的安全性
习题
第2章平面电磁波
2.1理想介质中的均匀平面波
2.1.1波动方程
2.1.2基本解和波动性
2.1.3均匀平面波的传播特性
2.1.4沿任意方向传播的均匀平面波
2.2有耗媒质中的均匀平面波
2.2.1一般导电媒质中的均匀平面波
2.2.2良介质中的均匀平面波
2.2.3良导体中的均匀平面波
2.2.4极化损耗媒质中的平面波
2.3电磁波的极化
2.3.1线极化波
2.3.2圆极化波
2.3.3椭圆极化波
2.3.4三种极化类型的相互关系
2.4媒质分界面上平面波的垂直入射
2.4.1一般导电媒质
2.4.2理想导体
2.4.3理想介质
2.4.4良导体
2.5理想介质分界面上平面波的斜入射
2.5.1平行极化
2.5.2垂直极化
2.5.3全反射和表面波
2.6理想导体分界面上平面波的斜入射
2.6.1垂直极化
2.6.2平行极化
2.7案例1: 涡旋电磁波及其应用
2.7.1涡旋电磁波的特性
2.7.2涡旋电磁波的产生
2.7.3涡旋电磁波在通信中的应用
2.8案例2: 左手材料及其应用
2.8.1左手材料的传播特性
2.8.2左手材料的实现
2.8.3左手材料的应用
习题
第3章导行电磁波
3.1导行波的分析方法和模式
3.1.1导行波的分析方法
3.1.2TEM模
3.1.3TE模和TM模
3.2矩形波导
3.2.1TE模
3.2.2TM模
3.2.3TE10主模
3.3圆波导
3.3.1TE模
3.3.2TM模
3.3.3三种常用模式
3.4同轴线
3.4.1TEM模
3.4.2高次模和尺寸选择
3.5案例1: 矩形波导及其尺寸选择
3.5.1矩形波导的功率容量
3.5.2矩形波导的衰减
3.5.3矩形波导的尺寸选择
3.6案例2: 间隙波导及其应用
3.6.1间隙波导的原理
3.6.2间隙波导的结构和性能
3.6.3间隙波导的应用
习题
第4章传输线理论和平面传输线
4.1传输线的等效电路模型
4.1.1传输线的等效电路
4.1.2传输线方程
4.1.3传输线上的波传播
4.1.4无耗传输线
4.2端接负载的无耗传输线
4.2.1电压反射系数
4.2.2电压驻波比
4.2.3输入阻抗
4.2.4传输功率
4.3无耗传输线的工作状态
4.3.1无反射状态
4.3.2全反射状态
4.3.3部分反射状态
4.4史密斯圆图
4.4.1阻抗圆图的构成
4.4.2导纳圆图和组合圆图
4.4.3史密斯圆图的应用
4.5有耗传输线
4.5.1低耗线
4.5.2端接负载的低耗线
4.5.3传输线衰减的计算方法
4.6波导模的传输线等效
4.6.1等效电压和等效电流
4.6.2波导传输线等效的应用
4.7带状线
4.7.1带状线结构和模式
4.7.2带状线的特性参数
4.7.3带状线的尺寸选择
4.8微带线
4.8.1微带线结构和模式
4.8.2微带线的特性参数
4.8.3微带线的色散和高次模
4.9案例1: 平面波的传输线等效和应用
4.9.1平面波的传输线等效方法
4.9.2平面波传输线等效的应用
4.10案例2: 基片集成波导及其应用
4.10.1基片集成波导的结构与特性
4.10.2基片集成波导的应用
习题
第5章微波网络理论和微波元件
5.1微波网络的等效
5.1.1微波网络的等效原理
5.1.2单端口网络的等效
5.2阻抗矩阵和导纳矩阵
5.2.1阻抗矩阵
5.2.2导纳矩阵
5.2.3阻抗矩阵和导纳矩阵的性质
5.3散射矩阵
5.3.1归一化电压和电流
5.3.2散射矩阵的定义
5.3.3散射参数的性质
5.3.4参考面的移动
5.3.5二端口网络的转换和等效
5.4散射矩阵的测量
5.4.1网络分析仪的结构与误差模型
5.4.2网络分析仪的校准
5.4.3网络分析仪的测量
5.5基本电抗元件
5.5.1波导中的电抗元件
5.5.2微带中的电抗元件
5.5.3同轴中的电抗元件
5.6微波终端和连接元件
5.6.1终端元件
5.6.2连接元件
5.6.3传输线之间的转换
5.7案例1: 集总元件的微波特性测量
5.7.1集总元件的等效电路模型
5.7.2测量装置和测量方法
5.7.3测量结果和分析
5.8案例2: 微波元件的网络参数提取和应用
5.8.1微波元件的网络参数提取方法
5.8.2微波器件的分析与综合应用
习题
第6章微波无源和有源器件
6.1阻抗匹配器
6.1.1λ/4阻抗变换器
6.1.2枝节匹配
6.2功率分配器
6.2.1三端口网络的基本特性
6.2.2T形结功率分配器
6.2.3Wilkinson功率分配器
6.3定向耦合器
6.3.1定向耦合器的结构与性能参数
6.3.2波导定向耦合器
6.3.3微带分支线定向耦合器
6.3.4微带环混合网络
6.3.5波导魔T
6.4微波谐振器
6.4.1微波谐振器的概念
6.4.2几种典型的传输线谐振器
6.4.3微波谐振器的耦合与微扰
6.5微波滤波器
6.5.1微波滤波器的概念
6.5.2微波低通滤波器的实现
6.5.3微波带通滤波器的实现
6.6微波放大器
6.6.1微波场效应晶体管
6.6.2微波放大器的基本特性
6.6.3小信号微波放大器的设计
6.7微波振荡源
6.7.1负阻振荡原理
6.7.2微波介质振荡器的设计
6.7.3微波振荡器的性能指标
6.8微波混频器
6.8.1肖特基势垒二极管
6.8.2微波混频器的混频原理
6.8.3微波混频器的主要特性
6.8.4典型的微波混频器
6.9微波控制电路
6.9.1微波开关
6.9.2移相器
6.9.3衰减器
6.9.4限幅器
6.10微波铁氧体器件
6.10.1铁氧体的特性
6.10.2铁氧体移相器
6.10.3铁氧体隔离器
6.10.4铁氧体环行器
6.11案例1: 巴特勒矩阵及其应用
6.11.1巴特勒矩阵电路结构和原理
6.11.2巴特勒矩阵在移动通信中的应用
6.12案例2: 相控阵T/R组件及其应用
6.12.1相控阵T/R组件结构和原理
6.12.2相控阵T/R组件的应用
习题
第7章天线原理
7.1天线分析方法和思路
7.2基本辐射元
7.2.1基本电振子
7.2.2基本磁振子
7.3天线的电参数
7.3.1天线的阻抗特性参数
7.3.2天线的辐射特性参数
7.3.3弗利斯传输公式
7.4线天线
7.4.1对称振子天线
7.4.2垂直接地振子
7.4.3引向天线
7.4.4螺旋天线
7.4.5对数周期天线
7.5印刷天线
7.5.1微带天线
7.5.2渐变槽线天线
7.5.3平面螺旋天线
7.5.4圆锥螺旋天线
7.6面天线
7.6.1喇叭天线
7.6.2旋转抛物面天线
7.7阵列天线
7.7.1均匀直线阵
7.7.2侧射阵与端射阵
7.7.3相控阵原理
7.8案例1: 移动通信中的天线技术
7.8.1基站天线
7.8.2手机天线
7.9案例2: 透镜天线原理及其应用
7.9.1龙伯透镜天线的原理
7.9.2超材料龙伯透镜天线
7.9.3龙伯透镜天线的应用
习题
第8章电波传播
8.1媒质对电波传播的影响
8.1.1传输损耗
8.1.2多径效应和传输失真
8.1.3衰落
8.1.4去极化效应
8.1.5传播方向的改变
8.2电波传播的主要方式
8.2.1地波传播
8.2.2天波传播
8.2.3散射传播
8.2.4视距传播
8.3地面视距传播
8.3.1大气对视距传播的影响
8.3.2地面反射对视距传播的影响
8.3.3障碍物对视距传播的影响
8.3.4建筑物墙壁的反射和透射
8.4移动通信中的路径损耗模型
8.4.1OkumuraHata模型
8.4.2我国移动通信路径损耗估计方法
8.5案例1: 复杂环境中电波传播预测的抛物方程方法
8.5.1抛物方程方法的原理
8.5.2抛物方程方法的应用
8.6案例2: 智能超表面的调控机理及其应用
8.6.1智能超表面的调控机理
8.6.2智能超表面的应用与发展
习题
第9章微波系统导论
9.1微波发射机
9.1.1发射机的工作参数
9.1.2发射机的基本结构
9.1.3全固态发射机
9.2微波接收机
9.2.1接收机的功能和结构
9.2.2接收机的噪声系数和灵敏度
9.3微波频率合成器
9.3.1频率合成器的技术要求
9.3.2频率合成器的实现方法
9.3.3频率合成器举例
9.4案例1: 卫星通信系统
9.4.1星载转发器
9.4.2地面站的通信设备
9.5案例2: 软件定义无线电技术和应用
9.5.1软件定义无线电的定义和特点
9.5.2软件定义无线电的结构和原理
9.5.3软件定义无线电的应用
习题
附录A部分SI词头
附录B物理常量
附录C三种常用坐标系和矢量微分算符
附录D部分材料的电导率、介电常数和损耗角正切
附录E部分标准矩形波导数据
附录F部分标准同轴线数据(50Ω)
附录G部分国产微波基片数据
附录H贝塞尔函数
参考文献
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內容試閱:
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本书是根据战略性新兴领域(新一代通信技术)教材建设要求,以及当前电磁场与微波技术学科的发展编著而成的。编著理念是“强调微波系统的贯通牵引,着眼元器件的网络分析,突出场路的结合与仿真”,力求使读者掌握电磁场与微波技术的基本原理、关键技术和分析方法,了解电磁场与微波技术前沿,为进一步的专业课程学习和从事相关工作奠定坚实的基础。
本书具有以下主要特点。
(1) 通俗易懂,可读性好。尽量用通俗语言深入浅出地讲解,语言流畅,使读者有兴趣阅读本书。在保证论证严谨性和准确性的前提下,“化场为路,场路结合”,着眼元器件的网络分析,尽可能减少烦琐的公式推导,加强物理概念的诠释。
(2) 内容系统完备,实用性强。以微波系统为牵引,突出基础知识的完备性,贯通了“理论—元件—器件—系统—应用”等内容。同时又兼顾内容的先进性和实用性,包含了避雷针防护、微波炉加热、集总元件微波特性测量、微波元件参数提取、相控阵收发组件、巴特勒(Butler)矩阵、龙伯(Luneburg)透镜、基站天线和手机天线等内容。
(3) 注重工程实践,案例新颖前沿。强调工程应用,教材精选了作者科研成果中大批工程应用实例,并设计了一系列电磁场、微波电路仿真实例和微波矢量网络分析仪实验,有助于学生在学习过程中理论和实践的结合。书中还配备了涡旋电磁波、左手材料、间隙波导、基片集成波导、3D打印天线、超材料天线、抛物方程方法、智能超构表面、软件无线电、数字阵列雷达、全数字相控阵等新颖前沿案例,有助于拓宽视野。
(4) 新形态教材,配套资源丰富,包括教学大纲、思维导图、PPT课件、教学视频、实践项目、彩图动画、习题解答,
可扫描书中二维码下载或观看。
(5) 精选例题和习题,帮助理解原理。精选了一些例题,有助于对电磁场与微波技术基本概念和原理的理解。精选了习题,方便自我测试。
全书共10章,主要阐述电子信息系统中的电磁波信号产生、传输、变换、发射、传播、接收的基本概念、原理和方法,第0章是绪论,第1章是电磁场基础,第2章是平面电磁波,第3章是导行电磁波,第4章是传输线理论和平面传输线,第5章是微波网络理论和微波元件,第6章是微波无源和有源器件,第7章是天线原理,第8章是电波传播,第9章是微波系统导论。
本书可作为电子科学与技术、通信工程、电子信息工程、信息工程等电子信息类专业及相关专业的本科生和研究生教材,又可供相关科研人员、工程技术人员参考。
本书由长期工作在电磁场与微波技术学科教学和科研一线的科研人员共同编著。第0、4、9章以及前言、部分附录由柴舜连执笔,第1章以及部分附录由徐延林执笔,第2章由吴微微完成初稿,第3章由刘继斌完成初稿,第5章由丁亮完成初稿,第6章由肖科执笔,第7章由刘燚完成初稿,第8章由何艳执笔。柴舜连对各章的初稿进行了统一的修改、统稿和定稿。刘荧对全书的编著提出了宝贵意见,并提供了部分参考资料。本书引用了胡绘斌、赵菲、邱磊、李清华、刘亿荣、岳家璇、黄伟等研究生学位论文部分研究成果,研究生易帅宇、邓聪、周承冕、黄标等参与了本书的插图和资料整理工作,程世芳、文忠良等参与了本书的图片处理工作,在此一并表示感谢。清华大学出版社的文怡编辑在本书出版过程中付出了辛勤的劳动,在此表示感谢。
本书的编著工作还得到了学校、学院领导和机关的大力支持与帮助,在此表示感谢。
同时,本书是在国防科技大学的朱建清、刘荧、柴舜连、杨虎编著的《电磁波原理与微波工程基础》和毛钧杰、柴舜连、刘荧、刘继斌、杨虎编著的《微波技术与天线》的基础上编著而成的,编著过程中还参考了大量国内外文献和著作,在此对这些文献和著作的作者表示衷心的感谢。
本书涉及电磁场与微波技术领域广泛的理论和技术问题,由于作者的知识局限及参编作者较多,书中难免有不当之处,敬请读者批评指正。
作者 2025年1月于国防科技大学
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