微波传输线理论与实用技术

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1 微波传输线的分析基础 2 超高频、微波TEM系统 3 微波传输线理论 4 微波传输线实用技术
9.3特征方程 ……(262) 4单线表面波波导的性能及应用…… …………………………(263) 参考文献 ………………(269) 第十章内衬电介质层的金属壁圆波导……………………………… …………(270) 10.1BWB方程和 Brown方程… ………(270) 10.2严格理论和普遍化特征方程 (281) 10.3加衬圆波导中的模式和衰减……………………………(287) 10.4内衬单层有耗介质层圆波导的研究………………(291) 10.5内衬多层介质层圆波导的分析方法…… ·● ……(294) 参考文献 …………………………………(294) 第十一章椭圆波导理论………… ●··●音·节.垂晋卡普··命 …(296) 11.1基本分析……………………………………………………………………(296) 11.2椭圆波导的截止波长 …………………………………………(299) 11.3椭圆波导的特性阻抗……………………………………………………(302) 11.4椭圆波导的衰减常数 ……(304) 11.5椭圆波导的功率容量……………… (307 参考文献……………………………………………………………………(308) 第十二章圆介质波导 ·春·着音非·b命自命鲁垂省鲁自香香看鲁 (309) 12.1基本概念 春看音看···帮·单辛身要帮要中辛非音辛号帝非音章 …………………………………(309 12.2分析方法… ……………(311) 12.3圆棒介质波导的特征方程………312) 2.4光纤的特征方程及量子分析 ……………………………………(314) 12.5圆管介质波导的持征方程…………(317) 参考文献 ………………………(318) 第十三章微波低温传输线……………………………………………………………(319) 13.1微波段低温传输线问题的提出…………………………………(319) 13.2微波传输线的噪声功率问题… …(321) 3.3常导态时的金属表面电阻 ……………………(323) 13.4超导体的物理机制………………………………………………………………………(324) 13.5超导态时的金属表面电阻及微波超导传输线 鲁。是 13.6高T超导体及微波超导传输线…… 13.7从传输线理论看超导传输线的优点……… …………………(328) 参考文献 …(330) 第四篇微波传输线的实用技术 第十四章射频电缆概论……………………………………………………………………(332) 14.1同轴电缆的最高使用频率及传输功率…………………………………………(332) 14.2皱纹管同轴射频电缆…… 4垂香看看山·香自垂 (333 14.3有线电视用同轴射频电缆 …………(335 14.4漏泄同轴电缆……………………………………………(336 参考文献 ……………………(341) 第十五章矩形波导与脊波导… ………………………………(342) 15.1矩形硬波导概述 …………………………"(342) v11 15.2矩形硬波导的功率容量和充气技术 15.3矩形软波导概述……… ·●●●。春息非春 …(347) 5.4皱纹波导的特征方程及场分布…………………………………………………(352) 15.5脊波导……………………………………………………………………………(355) 参考文献 ………………(357) 第十六章圆波导………………………………………………(359) 16.1圆形硬波导………………………………………………………………………(359) 16.2螺旋波导 章单a●●—在s.命a。aa非 910500 80自p聊命着备命鲁命 …(361) 参考文献 …………(363) 第十七章椭圆波导与茧形波导 …………………………(364) 17.1光壁型椭圆波导 (364) 17.2皱纹型椭圆波导概述………………………………………………………………(366) 17.3皱纹型椭圆波导的设计计算………(67 174茧形波导… (370) 参考文献 …………………………(376) 第十八章微波传输线过渡器……………………………………………………(377 18.1传输线过渡器概述……………… …(377) 18.2同轴线波导过渡器 ∷…(379) 18.3微带向同轴线及波导的过渡………………………………………………………(380 18.4矩形-圆形波导过渡器………………………………………………………(381) 18.5矩形-脊形波导过渡器…………(382) 18.6矩形-椭圆波导过渡器… ……………………………(383) 矩形-茧形波导过渡器 ···a···d··· s(384) 参考文献 带学非曹看。非非非非 非萨鲁身曲·鲁费中普中·非非 (385) 第十九章波导元件 要非非,。看。● ……(386) 19.1弯波导和扭波导 非非唱看辛带着非音●号鲁●鲁是●是非辛查普一命音非音音鲁。b ·香 …(386) 19.2匹配负载和短路器………………………………………………………………(387) 19.3波导定向耦合器… 非·●● (388) 19.4魔T (391) 19.5波导膜片及螺钉…………………………………………………………………(392) 19.6回转式波导衰减器……………(394) 19.7截止波导衰减器 (395) 参考文献 ………………(398) 第二十章微波传输线的测试技术……………… ……………………………(399 20.1微波传输线的频域测量………………………………………………………………(399 20.2微波传输线的时域测量…………(404 20.3波导短路器的测量…… (406) 参考文献 鲁●c ●非看●香很鲁 ………(408) 附录 ……………………………(409) A.国内已有确定译名的外国著名科学家……………………………… 。普。 …………(409) B.几种常用绝缘材料的电性能 ····鲁 。鲁·着··。看。 C.常用金属材料的电阻率(常温)………………………………………………………(409) D.几种波导的基本特性… 鲁t4银鲁非 ………………(410) E.驻波比、反射系数模、回波损耗极化衰减器角度之间的关系 …(410) 1X· 第一篇微波传输线的分析基础 第一章数学分析基础 1837年7月,英国人在1500米的距离上作了电报表演这是人类历史上第一次进行 的电讯联系,也是传输线的最早应用.自那以来,已经过去了一个半世纪.对于微波传输 线,如果从1936年(用圆波导传输微波获得成功)算起,至今也有近60年的历史微波理 论与技术是在电磁场理论与经典电动力学基础上发展起来的,而这一切是与19,20世纪 的数学发展紧密地联系在一起的.本章简述本书内容所需的若干数学分析基础当然,我 们的叙述仅着眼于满足以后各章分析的需要 矢量分析12 仅用数值就能够表示的物理量称为标量标量的实例如质量、温度、时间等.此外,现 实世界中有一些必须由数值、方向综合表示才能确切说明的物理量,称之为矢量,常用的 矢量如力、速度、加速度、电场强度磁场强度等本书中一律用黑正体英文字母表示矢量 在一个三维正交曲线坐标系中,若沿三个相互垂直的坐标方向的分量都给定,则一个 从该点发出的矢量也就被确定了.图1.1表示一个直角坐标系.设有一个空间矢量(也叫 图1.1角坐标系 位置矢量)r,它以坐标系原点为起点,空间任意点(x,y,z)为终点,则有 式中,,iy,i是三个方向的单位矢量空间矢量的大小为 x2+y2+ (1.1.2) 又如,电磁学中的波矢量( wave vector)是指向波传播方向的矢量 k=kix+k十ki2 (1.1.3) 显然,波矢量的大小为 k=√k2+k2+k2 (1.1.4) 9610115 如果波传播方向为z向,则式(1.1.3)成为 k. (1.1.5) 现在介绍矢量的乘法.设有两个矢量 A=A,ir t Ayi+A2i, B=B_i+B,i,+b, (1.1.7) 如要使它们相乘,则有点积与叉积之分.先看点积, a dot b写作A·B,其结果为一标量: A·B= AB cos0 (1.1.8) 式中,O为两矢量的夹角,而A,B为 A=√A2+A2+42 B B2+B2+ B 对于矢量的叉积 A cross B写作A×B,其结果为一矢量,方向由右手定则确定,大小为 A×B|= AB sin6 (1.1.9 矢量相乘的情况示意见图1.2 A B B A 图1.2矢量相乘的示意图 关于矢量相乘,以下的几个关系式是有用的 A·B=B·A (1.1.10 A×B=-B×A (1.1.11) (A×B)·C A·(CⅩB) C·(B×A)=B·(C×A) (1.1.12) (A×B)×C=(C·A)B-(C·B)A (1.1.13) 现在讨论矢量的微分算子(也叫劈形算符)微分算子最早由 W.R. hamilton(1805 1865)引入,目的是使矢量分析更加方便,一阶微分算子的定义为 dv az (1.1.14) 把V看成是一个矢量,还是一个微分符号?一般认为,V兼有这两种性质传统的观点是, 这个读作 nabla(古乐器名)的算子,只有作用在有连续的一阶偏导数的标量函数或矢量函 数上时,才有意义.下面分三个方面进行讨论: (1)梯度 V与标量函数u相乘,得该函数的梯度Vu,是一个矢量函数.对于直角坐标系,表示 式为 Vu=i+ au ay”a (1.1.15) 对圆柱坐标系(r,g,)为 V a i,+ i a (2)散度 V与矢量函数A的点积,是该函数的散度,是一个标量函数对直角坐标系,表示式 为 da dA. dA 十一+ 对圆柱坐标系为 +1a a(rA,) A。.a4, (3)旋度 V与矢量函数A的叉积,是该函数的旋度,是矢量函数对直角坐标系,表示式为 XA= a/ax a/ay a/a Ar Av A 亦即 V×A aA aA +IaAr aAiiy dA. aA az az a dy (1.1.19b) 对圆柱坐标系,表示式为 A=[2一]+[一j+ a(rAs) 1 aA, a (1.1.20) 以上三个方面,由于梯度、散度、旋度的对应英文为 gradient, divergence,curl,故Vl 也写作grad,V·A写作divA,×A写作 curl a 1892年,亥维赛(O. Heaviside,1850-1925)通过对矢量的分析及 nabla算子的处理, 认为应注意定义式(1.1.14)所表现出来的微分性质.他给出 div(E×H)=H· curlE一E· curl (1.1.21) 上式是正确的,但论证方法可以改进后来 E. B. Wilson在其“ Vector Analysis(1901年) 书中,对V与矢量的点积、叉积作了系统的论述和规定 近年来,专家们再次对矢量分析中的定义与符号问题作了研究,目的是更严谨地进行 数学处理例如,美籍华人戴振铎( C. T. Tai)于198年指出,可以引入新的符号,它也是 矢量;另外,可以引入新的定义T(),它相当于过去的V与任何矢量一样,可进行矢 量代数运算而不发生问题.这位研究并矢 Green函数的专家重新定义了梯度算子、散度算 子和旋度算子: ·3 g va=diva WA=curl 这些算子在他的“ Generalized Vector and Dyadic Analysis”( IEEE Press;1991)专著中都 有详细论述 不过,戴振铎教授建议的符号,目前尚未被普遍了解和接受以下是经典理论中的运 算公式,读者仍应掌握: (1.1.22) ·(A+B)=V·A+·B (1.1.23) Ⅹ(A+B)=『×A+V×B )=uvu+vv (1.1.25) V·(LA)=A·Vu+V·A (1.1.26) A×B)=B·V×A-A·V×B V×(uA)=Vu×A+uY×A (1.1.28) V×(A×B)=A·B-BV·A +(B·V)A-(A·V)B (1.1.29) ⅩA=0 (1.1.30) (1.1.31) 现在我们转而讨论二阶微分算子数学家P.S. Laplace(17491827)给出以下的符 号 (1.1.32) 称V2为二阶微分算子 Laplacian;对于直角坐标系,有 + (1.1.33) az 而对于圆柱坐标系,有 ap? + (1.1.34) 因此标量函数v的 Laplacian仍为标量函数 Vou a2u au au az 而矢量函数A的 Laplacian仍为矢量函数: V2A a2A aA 82A 2十 过去,人们习惯以下式作为定义: V2A=Y(V·A)一V×(V×A) (1.1.35) 对此,戴振铎在他的书中作了澄清,指出它不是定义,而是可证明的恒等式 最后我们指出,在直角坐标系中,规定二维 Laplacian为 (1.1.36) 式中t代表横向故有 (1.1.37) 以上所述是研究传输线问题所必须的矢量分析知识 1.2Diac-函数与 Green函数3 我们现在从公式(1.1.1)及(1.1.2)出发,对空间矢量作微分算子运算,有 V i-+ +i 然而,可以证明 x +y2+ 等等,因而有 i,+ 亦即 (1.2.2) 然而,由于梯度运算与微分运算的相似性,有 V 联立以上两式,可得 (1.2.4) 我们现在计算下面的体积分 4π 根据 OcTporpaIckNi-Gauss定理,体积分可转为包围总体积的面积S上的面积分 V ds 4v 4丌

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