我国第一本微波电子学专著---------微波原理(卷I)黄宏嘉:微波原理(卷I)
作 者:黄宏嘉
页 数:348
出版日期:1963年12月第1版
黄宏嘉(1924~ )
中国电子学家。1924年8月5日生于湖南省临澧县。1944年毕业于中国西南联合大学电机系,先后任北京大学物理系和上海交通大学电机系助教。1948年去美国密西根大学研究院学习,获硕士学位。1950年回国。1950~1964年在北方交通大学任教。1956~1964年在中国科学院电子学研究所兼职,从事微波研究,任微波研究室主任,并参加国家重点项目“毫米波传输”的研究,任北京中心研究室副主任。现任上海科技大学副校长、教授,上海交通大学顾问教授,上海市科学技术协会副主席,中国科学院学部委员.
黄宏嘉长期致力于微波研究,发展了耦合波理论,建立了自己的理论体系。他的贡献是提出关于模式的若干基本概念和思想,以及处理一些复杂的模式耦合问题的物理数学方法,提出“超模式”的概念。1960年发表《缓变系数法》论文,得出超模式与本地模式和理想模式之间的变换关系。60年代初还提出关于非完全正交函数集的剩余耦合的思想,同时引入表面阻抗微扰的概念,用以统一处理远距离非常规波导的传输理论问题。最早把正交函数展开方法推广用于复合封闭区域。专著有《微波原理》,1978年获中国全国科学大会重大贡献奖。他的论文选集《耦合模与非理想波导》于1981年在美国出版。他所著《耦合模式理论》于1984年在荷兰出版,书中用统一的观点处理了微波传输和光纤传输的理论问题。70年代后期开始致力于单模光纤的研究。在他的指导下1980年研制成功单模光纤。
目录
卷Ⅰ 目录
序
绪论
第一篇 广义传输线理论
第一章 电磁场的基本理论
1.1.麦克斯韦方程组的若干形式
1.2.交变电磁场的边界条件
1.3.平面电磁波
1.4.电磁场的能量关系
7.5.格林函数法
7.6.开波导的激发
7.7.激发问题与耦合波理论
1.5.波的反射和折射
1.6.电磁场边值问题和唯一性
1.7.磁流与磁荷
1.8.罗仑兹引理
1.9.位函数和赫兹矢量
1.10.辐射
1.11.格林函数
1.12.电磁场理论和电路理论
第二章 规则波导理论
2.1.电波与磁波
2.2.广义传输线方程
2.3.波的速度
2.4.波长、相波长和截止波长
2.5.电波和磁波的阻抗
2.6.横电磁波
2.7."纵向场方法"
2.8."非消失波"与"消失波"的衰减
2.9.广义传输线理论与波导技术
2.10.规则波导的一般理论
3.1.矩形波导中的主波
第二篇 简正波
第三章 矩形波导
3.2.矩形波导中的电波与磁波
3.3.短形波导的若干传输特性
3.4.平行板波导中的波型
第四章 圆波导
4.1.圆波导中的电波与磁波
普通圆波导
4.2.圆波导的若干传输特性
4.3.圆波导的一些变型
特殊圆波导
4.4.介质膜波导
4.5.螺旋波导
4.6.非普通圆波导中的简正孪生波
4.7.椭圆波导
第五章 横电磁波传输线
5.1.同轴线中横电磁波的场结构
5.2.同轴线中横电磁波的传输特性
5.3.同轴线中的高阶波型
5.4.软同轴线
5.5.微带
第六章 “开波导”
平面结构上的表面波
6.1.非均匀平面波
6.2.横向谐振法
圆柱形结构上的表面波
6.3.介质线和介质镜象线
6.4.单线波导
6.5.表面阻抗法
6.6."工"字形波导
第七章 波导的激发
7.1.激发方法
第三篇 非理想波导理论
7.2.激发方程组
7.3.矩形波导的激发
7.4.小孔激发理论
第八章 耦合波理论
耦合波的一般理论
8.1.离散耦合
8.2.连续耦合
8.3."弱耦合"问题
8.4."强耦合"问题
8.5.常耦合的一般问题
8.6.变耦合理论
耦合波方程组
8.7.弯曲波导
8.8.行波展开法("横截面法")
8.9.非均匀介电质填充波导
8.10.对称变截面波导
8.11.普遍变截面问题
8.12.耦合波导理论
8.13.非普通波导中的耦合孪生波
8.14.非理想波导接头
8.15.等效边界条件法
8.16.伴流
8.17.周期性结构
第四篇
第九章 空腔谐振器
9.1.空腔谐振器的若干问题
9.2.波导式空腔谐振器
9.3.空腔谐振器的工程计算法
9.4.径向波导中的高阶波
9.5.球形腔
9.6.空腔谐振器的一般理论
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[ 本帖最后由 tonytiger 于 2009-2-4 11:05 编辑 ]
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1952 年,他在《电信科学》杂志第2期上发表了《毫米波波导传输的一些问题》。这是国际上早期研究毫米波的论文之一。50年代后期,国家科委将毫米波波导传输列为国家重点项目(即301工程)。黄宏嘉旋即受聘于中国科学院电子学研究所任微波传输研究室主任。该所与苏联科学院无线电技术与电子学研究所建立合作关系,苏联著名科学家卡杰林堡(Б.З.Kаченеленбаум)来我国进行合作研究。并于1959年,电子所在北京敷设了一条长约1公里的埋地波导实验线,成功地进行了电视及照片的传输。黄宏嘉结合工程实践对毫米波传输的基础理论进行了深入的研究;
在微波传输理论基础研究中,黄宏嘉的突出贡献,在于他建立了自己的理论体系。二次大战后,各国对毫米波波导传输都倾注了巨大的力量进行实验研究和相关的基础研究。在基础研究上有许多悬而未决的理论问题亟待解决。其中最主要的是研究电磁波在既具有横向不规则性,又具有纵向不规则性的波导传输线中传播特性。这是一类很复杂、很难严格求解的电磁场边值问题。在微波研究中,将波导传输中可能存在和数学上适合运用麦克斯韦方程并满足波导边界条件解的每一种场结构都称为一种模式。在实际波导中,由于存在着各种各样的不规则性,如截面的微小变化,传输线走向的转弯,结头处的错位等,使得可能存在的各种模式间发生功率转换即耦合。耦合模式理论就是研究模式及其功率转换的一种基本分析途径,是微波波导传输中的重要基础研究;
为了研究第三个模式对弯波导中两个强耦合模式的影响,黄宏嘉对当时数学文献中一直没有解决的N阶变系数微分方程组的求解进行了潜心的研究;于1961年在我国《数学学报》第1、3期上发表了《缓变系数法》的论文,并在同年的全国第一次微分方程学术会议上作了以此为题的报告。该论文在国际上最早提出了N阶变系数微分方程的求解方法,从而使N个模式发生耦合的传输特性得到了解决。同年,苏联科学院出版的题为《缓变系数不规则波导理论》(《Теория Нерегулярных Велноводов cMедлеHно Mеняюшимися》Параметрами,В.Z.Kаценеленбаум,1961)专著中引用了黄宏嘉的方法和主要公式。继后,黄宏嘉结合301工程实际中提出的问题,进行了多项带概括性的研究。一项是提出了“波导壁的阻抗微扰概念”,把不同型式的波导不规则性对电磁波传输的影响统一地用阻抗微扰所产生的模式耦合来描述并导出了各种不规则性的阻抗微扰解析式。与此有关的论文《Concept of ImpedancePerturbation as Applied to Discrete Coupling》发表在外文版《中国科学》(《ScientiaSinica》)1965年第3期上。另一项研究,是将耦合模式理论的数学方法,即正交函数的展开作了进一步发展,使之不仅能用于单一波导中的模式耦合,而且也可用于多个波导不同模式集之间的耦合。其他有关模式耦合的研究,如离散耦合,各向异性媒质中的模式耦合,空腔中的耦合等,黄宏嘉的研究都取得了令人瞩目的成果。1963~1964年,黄宏嘉的100万字专著《微波原理》由科学出版社出版。该著作用耦合波理论的统一观点描述了一系列微波基本原理。书中有许多内容是黄宏嘉本人的研究成果,从而在微波波导传输中确立了他自己的理论体系;
黄宏嘉的《微波原理》的出版,在国际微波理论研究界引起广泛关注。国内外许多学者评论这部书时,认为这是一本“为中国人争气的书”。加拿大一位华裔科学家认为“这是一部继柯林的《导波场论》之后又一微波巨著”。黄宏嘉的“耦合模式理论研究”成果,在1978召开的全国科学大会上被授予重大贡献奖;
黄宏嘉也是我国光纤学科最早的创导人之一。在单模光纤研究领域,他是我国最早的开拓者。他于1965年撰写的《从微波到光》的论文,论证了从微波波导到光波导的发展,并建议开展光波导的研究。“文化大革命”,使他的这一有重大价值的建议被搁置十年之久。但就在这十年多的时间内,光纤技术研究,由于其独特的优点及经济价值而得到飞速发展。波导传输研究用于光纤成为主要方面。毫米波波导传输的研究成果,仍具有科学实践的重要意义,只要对它的基础研究的理论——系统的模式耦合理论做些必要的补充和发展,就能用于光纤传输问题;
黄宏嘉在光纤传输的模式耦合理论方面,其主要贡献是在已有理论框架的“理想模式”和“本地模式”之外,提出了“超模式”的概念,并在数学上利用变元矩阵相似性导出了理想模式、本地模式和超模式三者间的变换公式,使理论研究得到突破;从而将微波与光纤的模式耦合理论建立在三种模式的完整理论体系上,使微波传输与光纤传输问题得到统一而完整的处理,对微波与光纤的实践和发展具有普遍的指导意义。黄宏嘉的这一超模式概念,经过多次国际光纤学术会议讨论(1980年在加拿大魁北克,1981年在美国旧金山,1983年在中国桂林,1984年在西德莱森堡,1985年在意大利威尼斯),逐步得到国际上的承认和重视;
在文献上,“超模式”并不是前人未曾用过的术语。外国科学家曾用这个术语来描述复杂波导中的本征模。黄宏嘉的贡献是用此术语来描述非均匀、非正规波导中的准本征模即“超模式”,并在数学上找出了“准本征模”和本地模及理想模三种模式集之间在Lowey意义下的相似性。黄宏嘉所得的结果比美国数学家凯勒得到的类似结果要早两年;
1981年,黄宏嘉的《耦合模式和非理想波导》(Coupled Modes and NonidealWaveguieds)的论文专集,在美国纽约理工学院(原布鲁克林理工学院)出版。1984年,他与澳大利亚国家科学院院士斯奈德(A.W.Snyder)教授共同主编的《光波导科学》(Optical Waveguide Sciences)论文集在荷兰MartinusNijhoff出版社出版。同年,黄宏嘉的专著《耦合模式理论及其在微波与光纤传输中的应用》(Coupled Mode Theory asApplied to Microwave and OpticalTransmission)在荷兰科学出版社出版。近年来,由Elsevier出版社(阿姆斯特丹,牛津,纽约,东京)陆续出版的题为《光波科学与技术》丛书,包括了法、德、意、美、中各国著名科学家的专著,由黄宏嘉任主编。在研究光波导基础理论的同时,黄宏嘉对发展中国自己的光纤技术,投入了大量的精力进行实验和探索。70年代末,光纤研究的主流究竟是多模还是单模,国际上也还不十分清楚。黄宏嘉提出了单模光纤研究的主攻方向。他在1979年调到上海科技大学任副校长之后,立即在大学内创建了波科学研究室,并与当时分属电子工业部和国家机械委员会的传输线研究所和上海石英玻璃厂合作,大力开展单模光纤的研究。他的研究,得到了国家科委、上海市科委和学校领导的支持。经过一年多时间的努力,攻克重重难关,终于研制出了中国最早的单模光纤。这项成果在1980年5月召开的国际激光会议上公开宣布。这次国际会议组织的“光通信展望”专题讨论会,由黄宏嘉和美国贝尔实验室柯尼克博士共同担任主席。会上,贝尔实验室的科学家认为我国制成的单模光纤处于当时“国际平均”水平。1982年5月,黄宏嘉领导的小组又完成了上海市重点科研项目“单模光纤研究”。同年6月,由上海市科委主持通过了鉴定。由3名中科院学部委员和国内主要光纤专家组成的鉴定委员会,对这项成果给予了高度评价:“这项成果不仅填补了我国在这一重要科技领域的空白,而且以较快的速度赶上了国际水平。”消息在国内报导后,香港和国外报刊随即转载并加以评论。1985年底,由黄宏嘉领导的研究组,完成了国家“六五”攻关项目“单模光纤技术”的研究。并在北京邮电学院和上海交通大学的配合下,进行了140和400兆比特、30.7公里无中继传输系统的实验,获得了成功。1986年2月25日,受国家科委委托、上海市科委主持通过了对这一成果的技术鉴定;
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