微波技术与天线

章节摘录

　　随着无线电技术特别是现代移动通信技术的飞速发展，对天线提出了许多更高、更新的要求，天线的功能也不断有了新的突破。除了完成高频能量转换外，天线系统还能对传递的信息进行一定的加工和处理，例如单脉冲天线、自适应天线、多波束天线、智能天线以及MIMO技术等。　　天线的种类繁多。按用途的不同，可将天线分为通信天线、广播电视天线、雷达天线等；按工作波长的不同，可将天线分为长波天线、中波天线、短波天线、超短波天线、微波天线以及毫米波天线等；按极化特性的不同，可将天线分为线极化天线、圆极化天线、椭圆极化天线以及双、多极化天线等；按频带宽窄的不同，可将天线分为窄带天线、宽带天线以及非频变天线等；按工作原理不同，可将天线分为线天线和面天线。当然，天线还有一些其他的分类方法。　　研究天线的问题，就是研究天线所产生的空间电磁场分布以及由其分布所决定的天线的特性。求解天线问题的实质，就是求解满足特定边界条件的麦克斯韦方程组的解。严格求解天线问题是非常复杂和困难的，因此，对具体天线问题往往将条件理想化，采取近似处理的方法来获得所需的结果。目前，随着计算机仿真软件的不断涌现，人们往往依靠电磁仿真软件进行辅助分析、设计，从而可以更准确地处理天线问题。

前言

　　“微波技术与天线”不仅是信息工程以及电子科学与技术等专业一门重要的专业基础课程，而且在一些新兴学科中也同样是一门重要的专业课程。　　本书是为高等学校工科电子信息类专业本科生编写的教学用书，并于2006年经教育部批准为普通高等教育“十一五”国家级规划教材。　　本书是在作者参加编写的同名“九五”规划教材中有关“微波技术”内容的基础上，经进一步加工、补充编写而成。本书的编写宗旨是，根据实际需要，较全面、系统地介绍与“微波技术与天线”有关的基本理论、基本概念、基本分析方法和基本工作原理。本书对理论分析的阐述，力求准确明了；对数学公式的推导，力求简洁易懂；对结果的讨论，力求概念明确。　　本书的主要内容为：第1章绪论，简述微波的特点、应用以及天线的功能与分类；第2章传输线理论，介绍微波传输线的基本传输特性及其分析、计算方法；第3章微波规则传输系统，主要讲述各种金属波导（包括同轴线）以及常见集成传输系统的基本分析方法、传输特性。以及基本计算、设计方法；第4章微波谐振腔，讲述传输线谐振器的基本特性和金属谐振腔以及集成谐振腔的基本工作原理以及分析方法；第5章微波网络基础，主要介绍微波传输系统和元件等效为网络的基本理论，重点介绍各种网络参量的基本特性以及信号流图的应用；第6章微波无源元件，介绍常用微波互易元件的基本特性、分析方法和基本工作原理以及微波铁氧体的基本特性和铁氧体器件的基本工作原理；第7章天线则介绍电磁波辐射的理论基础和一些常用线天线和面天线的基本分析方法、基本工作原理和基本特性。　　本书借鉴国内外优秀教材的成功之处，并结合作者多年从事“微波技术与天线”教学实践的经验组织内容，具有以下特点：　　①在内容安排上，注意基本内容和重点内容的阐述，注重数学公式的推演或证明，加强对新内容和新技术的介绍，便于读者熟悉微波技术与天线内容的同时，增强对采用“场”或“场”与“路”结合的基本规律分析和解决问题的能力。　　②在注重介绍微波技术与天线的基本概念、基本理论和基本分析方法的基础上，同时重视对微波技术与天线中难点问题或一般教材中讲述较少的内容的介绍，便于读者扩大知识面，提高运用所学的理论解决综合性问题的能力。

书籍目录

第1章 绪论1.1 微波波段的划分及其特点1.1.1 微波波段的划分1.1.2 微波的特点1.2 微波的应用1.3 天线的功能、分类及其应用实例1.4 微波技术与天线课程的基本内容第2章 传输线理论2.1 传输线的分布参数及其等效电路2.2 一般形式传输线的方程及其解2.2.1 一般形式传输线的方程2.2.2 均匀传输线方程的解2.2.3 传输线的工作特性参量2.3 输入阻抗和反射系数2.3.1 输入阻抗2.3.2 反射系数2.3.3 输入阻抗与反射系数间的关系2.4 均匀无耗传输线端接不同负载时的工作状态2.4.1 行波工作状态2.4.2 纯驻波工作状态2.4.3 行驻波工作状态2.4.4 特殊端接有耗传输线的特点2.5 传输线的传输功率与回波损耗2.5.1 传输功率2.5.2 回波损耗和插入损耗2.6 圆图2.6.1 阻抗圆图2.6.2 导纳圆图2.7 传输线的阻抗匹配2.7.1 阻抗匹配的概念2.7.2 λ/4阻抗变换器2.7.3 支节调配器2.8 传输线上的瞬态现象2.8.1 阶跃信号的瞬态响应2.8.2 反射图习题第3章 微波规则传输系统3.1 柱形传输系统中的导波及其特性3.1.1 柱形传输系统中导波的电磁场3.1.2 导波的分类及其特性3.2 金属波导中的导波3.2.1 矩形波导3.2.2 圆形波导3.2.3 同轴线3.2.4 脊形波导3.2.5 金属波导的激励与耦合3.3 集成传输系统中的导波3.3.1 TEM模和准TEM模传输线3.3.2 非TEM模传输线3.3.3 开放式介质波导3.3.4 半开放式介质波导习题第4章 微波谐振腔4.1 传输线谐振器和金属谐振腔的基本特性及其参量4.1.1 传输线谐振器的基本特性4.1.2 金属谐振腔的基本特性及其参量4.2 金属谐振腔4.2.1 矩形谐振腔4.2.2 圆柱形谐振腔4.2.3 同轴形谐振腔4.2.4 应用实例——波长计4.2.5 金属谐振腔的微扰4.3 集成谐振腔4.3.1 介质谐振腔4.3.2 微带谐振腔4.4 谐振腔的等效电路、耦合与激励4.4.1 孤立谐振腔的等效电路4.4.2 谐振腔的激励与耦合习题第5章 微波网络基础5.1 等效原理5.1.1 色散传输系统等效为均匀传输线5.1.2 阻抗、电压和电流的归一化5.1.3 不均匀性区域等效为网络5.2 阻抗、导纳和转移矩阵5.2.1 阻抗和导纳矩阵5.2.2 转移矩阵5.3 散射矩阵5.3.1 散射参量的定义5.3.2 [S]与[z]，[y]及[a]（或[Z]，[y]及[A]）间的转换关系5.3.3 散射矩阵的性质5.3.4 参考面移动对网络散射参量的影响5.3.5 散射参量的测量5.4 传输矩阵5.5 基本电路单元的网络参量5.6 二端口网络的工作特性参量5.6.1 电压传输系数5.6.2 相移5.6.3 插入衰减和功率（工作）衰减5.6.4 输入驻波系数5.6.5 功率增益5.7 基于散射参量的微波信号流图5.7.1 信号流图的建立规则5.7.2 拓扑简化法则5.7.3 不接触环法则习题第6章 微波无源元件6.1 终端和连接元件6.1.1 终端元件6.1.2 连接元件6.2 衰减和相移元件6.2.1 衰减元件（衰减器）6.2.2 相移元件（移相器）6.3 模式变换元件（模式转换（接头））6.3.1 同轴－矩形波导转换（接头）6.3.2 矩形波导－圆波导转换（接头）6.3.3 同轴－微带、槽线和共面波导转换6.3.4 矩形波导－微带和鳍线转换6.3.5 微带－槽线和共面波导转换6.4 阻抗匹配和变换元件6.4.1 用不均匀性实现的元件6.4.2 阻抗调配元件6.5 滤波元件（滤波器）6.5.1 微波滤波器的技术指标及综合设计程序6.5.2 低通原型滤波器6.5.3 频率变换6.5.4 阻抗和导纳倒置变换器6.5.5 滤波器电路的微波实现6.6 分路元件（功率分配（合成）器）6.6.1 无耗三端口网络的基本性质6.6.2 E-T接头6.6.3 H-T接头6.6.4 两路功率分配器6.7 耦合元件（定向耦合器）6.7.1 无耗互易四端口网络的基本性质6.7.2 波导双T和魔T6.7.3 定向耦合器6.8 非互易元件（铁氧体器件）6.8.1 相对张量磁导率和铁磁谐振6.8.2 法拉第旋转效应6.8.3 几种常用的铁氧体器件习题第7章 天线7.1 电磁波辐射的理论基础7.1.1 电磁波辐射的基本概念与电磁对偶性原理7.1.2 基本辐射单元的辐射7.1.3 天线的基本参数7.1.4 对称振子天线7.1.5 天线阵7.1.6 互易定理与接收天线7.2 线天线7.2.1 直立振子天线7.2.2 水平对称振子天线7.2.3 螺旋天线7.2.4 引向天线7.2.5 非频变天线7.3 面天线7.3.1 平面口径的辐射7.3.2 喇叭天线7.3.3 旋转抛物面天线7.3.4 双反射面天线7.3.5 隙缝天线7.3.6 微带天线习题附录A 多角形变换及应用实例附录B 标准矩形波导参数和型号对照附录C 同轴线参数表附录D 微带线的不连续性、等效电路、等效参量的经验公式及其应用范围附录E 各种电路单元的网络参量附录F 阻抗圆图参考文献

作者简介

《微波技术与天线》讲述与“微波技术与天线”有关的基本规律、基本分析与计算方法以及基本工作原理。《微波技术与天线》力求内容精练，物理概念清晰，文字易懂，便于自学。全书共分7章：绪论、传输线理论、微波规则传输系统、微波谐振腔、微波网络基础、微波无源元件以及天线。《微波技术与天线》每章均精选了大量的例题和习题，其中例题和习题涵盖核心内容，选题广泛，难易适中。

《微波技术与天线》可供工科信息工程、电子科学与技术等专业的本科生、专科生以及高职学生用作教材，也可供高等学校有关专业的学生和有关科技人员用作参考书。

图书封面

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