Κεφάλαιο 1: Εισαγωγικά Στοιχεία στη Θεωρία των Ηλεκτρομαγνητικών (Η/Μ) Πεδίων
1.1 Εισαγωγή, 1
1.2 Φορτία και ρεύματα, 2
1.2.1 Ηλεκτρικά φορτία, 2
1.2.2 Ηλεκτρικό ρεύμα, 3
1.3 Ηλεκτροστατικά πεδία, 5
1.3.1 Νόμος του Coulomb, 5
1.3.2 Ένταση ηλεκτρικού πεδίου, 6
1.3.3 Πυκνότητα ηλεκτρικής ροής ή διηλεκτρική μετατόπιση, 7
1.3.4 Επέκταση στα διηλεκτρικά υλικά, 10
1.3.5 Δυναμικές γραμμές και γραμμές ηλεκτρικής ροής, 13
1.3.6 Η συνάρτηση δυναμικού, 14
1.3.7 Ισοδυναμικές επιφάνειες, 17
1.3.8 Το θεώρημα της απόκλισης (ή θεώρημα Gauss), 18
1.3.9 Χωρητικότητα (Capacitance), 23
1.3.10 Οι εξισώσεις του Poisson και του Laplace, 25
1.3.11 Οριακές συνθήκες για διηλεκτρικά μέσα, 25
1.4 Πεδία ροής ηλεκτρικού ρεύματος, 28
1.5 Στατικά μαγνητικά πεδία, 30
1.5.1 Ο νόμος του Ampere για ρευματικό στοιχείο, 31
1.5.2 Μαγνητική ροή και πυκνότητα μαγνητικής ροής, 35
1.5.3 Επαγωγή, 36
1.5.4 Επέκταση στα μαγνητικά υλικά, 36
1.5.5 Ο νόμος του Gauss για μαγνητικά πεδία, 37
1.5.6 Σχέση των μεγεθών E, H, D, B, 37
1.5.7 Απόκλιση της πυκνότητας μαγνητικής ροής, 39
1.5.8 Οριακές συνθήκες για τα μαγνητικά πεδία, 39
1.5.9 Μαγνητικό διανυσματικό δυναμικό, 39
1.5.10 Μαγνητικό δίπολο, 41
1.6 Βιβλιογραφία, 43
1.7 Ασκήσεις, 44
Κεφάλαιο 2: Ηλεκτρομαγνητικά (Η/Μ) Κύματα
2.1 Οι εξισώσεις του Maxwell, 47
2.1.1 Η διευρυμένη έννοια του ρεύματος, 62
2.2 Αρμονικά μεταβαλλόμενα πεδία, 63
2.2.1 Οι εξισώσεις του Maxwell με φασιθέτες, 68
2.3 Από τις εξισώσεις του Maxwell στην κυματική εξίσωση, 70
2.4 Ομοιόμορφα επίπεδα κύματα σε μέσο χωρίς απώλειες, 74
2.4.1 Εγκάρσια Η/Μ κύματα, 79
2.4.2 Στάσιμα κύματα, 89
2.4.3 Ισχύς και ενέργεια Η/Μ πεδίου, 93
2.5 Ιδιότητες των μέσων, 97
2.6 Λύση της κυματικής εξίσωσης για διάφορα μέσα, 100
2.7 Πόλωση Η/Μ κυμάτων, 112
2.7.1 Γραμμική πόλωση, 114
2.7.2 Κυκλική πόλωση, 116
2.7.3 Ελλειπτική πόλωση, 120
2.8 Σφαιρικά Η/Μ κύματα, 123
2.9 Βιβλιογραφία, 126
2.10 Ασκήσεις, 127
Kεφάλαιο 3: Κεραίες και Πεδία Ακτινοβολίας
3.1 Εισαγωγή, 131
3.2 Συναρτήσεις δυναμικού, 133
3.2.1 Συναρτήσεις δυναμικού για ημιτονοειδώς μεταβαλλόμενα πεδία, 139
3.3 Περιοχές ακτινοβολίας των κεραιών, 141
3.4 Μεθοδολογία υπολογισμού του πεδίου ακτινοβολίας οποιασδήποτε κεραίας, 147
3.5 Βασικά χαρακτηριστικά κεραιών, 155
3.5.1 Σφαιρικές συντεταγμένες και στερεά γωνία, 155
3.5.2 Σημειακές πηγές και Η/Μ κύματα, 156
3.5.3 Διαγράμματα ακτινοβολίας (πεδίου και ισχύος), 163
3.5.3.1 Διάγραμμα πεδίου κεραίας, 163
3.5.3.2 Διάγραμμα ισχύος κεραίας, 165
3.5.4 Ορισμοί χρήσιμων μεγεθών, 170
3.5.4.1 Ένταση ακτινοβολίας, 170
3.5.4.2 Γωνιακό εύρος κύριου λοβού και εύρος ημίσειας ισχύος, 174
3.5.4.3 Στερεά γωνία δέσμης (ή στερεός λοβός ακτινοβολίας), 174
3.5.4.4 Κατευθυντικό κέρδος και κατευθυντικότητα, 175
3.5.4.5 Κέρδος ισχύος και μέγιστο κέρδος κεραίας, 177
3.5.5 Η κεραία ως στοιχείο κυκλώματος, 180
3.5.5.1 Ισοδύναμο συγκεντρωμένο κύκλωμα (lumped circuit) κεραίας εκπομπής, 184
3.5.5.2 Ισοδύναμο συγκεντρωμένο κύκλωμα (lumped circuit) κεραίας λήψης, 188
3.5.6 Το θεώρημα της αμοιβαιότητας ή της αντιστοιχίας, 190
3.5.7 Το ενεργό μήκος κεραίας, 193
3.5.8 Πόλωση κεραιών, 195
3.5.9 Η κεραία ως άνοιγμα, 201
3.5.9.1 Σχέση κατευθυντικότητας και ενεργού επιφάνειας, 203
3.5.9.2 Σχέση ενεργού επιφάνειας και ενεργού μήκους, 205
3.5.9.3 Φυσική επιφάνεια και επιφάνειες σκέδασης, απωλειών και συλλογής, 207
3.5.10 EIRP και ERP, 208
3.6 Βιβλιογραφία, 210
3.7 Ασκήσεις, 211
Κεφάλαιο 4: Παραδείγματα Κεραιών
4.1 Εισαγωγή, 215
4.2 Γραμμικές κεραίες, 215
4.2.1 Το δίπολο Hertz ή βραχύ ρευματικό στοιχείο, 216
4.2.2 Γραμμική διπολική κεραία αυθαίρετου μήκους, 221
4.2.3 Το δίπολο λ/2, 236
4.3 Βροχοειδείς κεραίες, 237
4.3.1 Το μικρό κυκλικό πλαίσιο (βροχοκεραία), 237
4.3.1.1 Ακτινοβολούμενη ισχύς, 242
4.3.1.2 Αντίσταση ακτινοβολίας, 244
4.3.2 Ισοδυναμία μικρού κυκλικού βρόχου και μαγνητικού διπόλου, 244
4.3.3 Κυκλικός βρόχος αυθαίρετου μήκους, 245
4.3.4 Βρόχοι φερρίτη, 251
4.4 Κεραίες υπεράνω εδάφους, 252
4.4.1 Θεωρία ειδώλων, 253
4.4.2 Κατακόρυφο ηλεκτρικό δίπολο υπεράνω εδάφους, 254
4.4.3 Οριζόντιο ηλεκτρικό δίπολο υπεράνω εδάφους, 260
4.4.4 Κατακόρυφο μαγνητικό δίπολο υπεράνω εδάφους, 266
4.4.5 Οριζόντιο μαγνητικό δίπολο υπεράνω εδάφους, 266
4.5 Κεραίες ευρείας ζώνης, 266
4.5.1 Κεραία οδεύοντος κύματος, 267
4.5.1.1 Κεραία τύπου V, 273
4.5.1.2 Ρομβοειδής κεραία, 276
4.5.2 Ελικοειδής κεραία, 280
4.5.3 Δικωνική κεραία, 283
4.6 Χοανοκεραίες, 290
4.6.1 Χοάνη ανηγμένη στο επίπεδο-Ε (E-plane sectoral horn), 291
4.6.2 Χοάνη ανηγμένη στο επίπεδο-H (H-plane sectoral horn), 296
4.6.3 Πυραμιδοειδής χοανοκεραία, 299
4.6.4 Κωνική χοανοκεραία, 301
4.7 Κεραίες τύπου ανακλαστήρα, 303
4.7.1 Κεραίες γωνιακού ανακλαστήρα, 304
4.7.2 Κεραίες παραβολικού ανακλαστήρα, 310
4.7.3 Κάτοπτρα μετατοπισμένης εστίας, 318
4.7.4 Κάτοπτρα Cassegrain, 319
4.8 Τυπωμένες κεραίες, 321
4.8.1 Ορθογωνικές τυπωμένες κεραίες, 324
4.8.1.1 Διαγράμματα ακτινοβολίας, 327
4.8.1.2 Αποδοτικότητα ακτινοβολίας, 328
4.8.1.3 Εύρος ζώνης, 331
4.8.1.4 Σύνθετη αντίσταση εισόδου, 332
4.8.2 Κυκλικές τυπωμένες κεραίες, 336
4.9 Κεραίες ανεξάρτητες της συχνότητας, 339
4.9.1 Σπειροειδής κεραία, 341
4.9.2 Λογαριθμο-περιοδική κεραία, 342
4.10 Βιβλιογραφία, 343
4.11 Ασκήσεις, 345
Κεφάλαιο 5: Στοιχειοκεραίες
5.1 Εισαγωγή, 347
5.2 Βασική στοιχειοκεραία δύο στοιχείων, 349
5.3 Γενικευμένη ανάλυση λειτουργίας στοιχειοκεραιών, 354
5.4 Ρύθμιση διαγράμματος ακτινοβολίας στοιχεικοκεραίας, 357
5.5 Ομοιόμορφες γραμμικές στοιχειοκεραίες, 358
5.5.1 Ομοιόμορφη γραμμική στοιχειοκεραία με ομοιόμορφα βάρη, 360
5.5.2 Μετωπική στοιχειοκεραία (Broadside Linear Array), 364
5.5.3 Αξονική στοιχειοκεραία (End-Fire Linear Array), 367
5.5.4 Στοιχειοκεραία με στροφή κύριου λοβού (Beamsteered Linear Array), 370
5.5.5 Κατευθυντικότητα γραμμικής στοιχειοκεραίας, 370
5.5.6 Κατευθυντικό κέρδος γραμμικής στοιχειοκεραίας με στροφή κύριου λοβού, 373
5.5.7 Ομοιόμορφη γραμμική στοιχειοκεραία με διαφορετικό πλάτος ρεύματος τροφοδοσίας, 374
5.5.7.1 Παράγοντας διάταξης, 374
5.5.7.2 Διωνυμική στοιχειοκεραία, 376
5.6 Πολυωνυμική θεωρία ομοιόμορφων γραμμικών στοιχειοκεραιών, 377
5.6.1 Εφαρμογή 1: Oμοιόμορφη γραμμική στοιχειοκεραία με ομοιόμορφα βάρη, 378
5.6.2 Εφαρμογή 2: Διωνυμική στοιχειοκεραία, 379
5.7 Ομοιόμορφες ορθογωνικές επίπεδες στοιχειοκεραίες, 379
5.8 Κυκλικές στοιχειοκεραίες, 381
5.9 Οι στοιχειοκεραίες ως ΓΧΑ φίλτρα, 384
5.9.1 Υπόθεση στενής ζώνης, 391
5.9.2 Μορφοποίηση διαγράμματος ακτινοβολίας στοιχειοκεραίας, 393
5.9.3 Ανάλυση γραμμικών ομοιόμορφων στοιχειοκεραιών, 394
5.9.4 Στροφή διαγράμματος ακτινοβολίας, 398
5.9.5 Διάγραμμα ισχύος και κατευθυντικότητα, 399
5.9.6 Κέρδος στοιχειοκεραίας, 402
5.10 Βιβλιογραφία, 407
5.11 Ασκήσεις, 407
Κεφάλαιο 6: Διάδοση Ηλεκτρομαγνητικών Κυμάτων
6.1 Εισαγωγή, 409
6.2 Ανάκλαση επίπεδων κυμάτων με κάθετη πρόσπτωση, 417
6.3 Ανάκλαση επίπεδων κυμάτων με πλάγια πρόσπτωση, 421
6.3.1 Διάθλαση σε οριζόντια στρωματοποιημένα μέσα, 425
6.3.2 Διάθλαση σε σφαιρικά στρωματοποιημένα μέσα, 426
6.3.3 Κάθετη (οριζόντια) πόλωση, 428
6.3.4 Παράλληλη (κατακόρυφη) πόλωση, 431
6.4 Τροποσφαιρικά κύματα, 434
6.4.1 Ανώμαλη ανάκλαση και τροποποιημένη διαθλαστικότητα, 440
6.4.2 Τροποσφαιρική σκέδαση, 445
6.5 Ιονοσφαιρικά κύματα, 450
6.5.1 Βασικά χαρακτηριστικά της ιονόσφαιρας, 450
6.5.2 Χαρακτηριστικές παράμετροι ιονόσφαιρας, 453
6.5.3 Ιονοσφαιρική ανάκλαση και διάθλαση, 455
6.5.4 Συντελεστής εξασθένησης για ιονοσφαιρική μετάδοση, 461
6.5.5 Επίδραση του γήινου μαγνητικού πεδίου, 462
6.6 Κύματα εδάφους, 464
6.6.1 Μοντέλο απωλειών ελεύθερου χώρου (Free Space Loss), 464
6.6.2 Η εξίσωση του radar, 470
6.6.3 Ανάκλαση επίπεδων κυμάτων από λείο επίπεδο έδαφος, 473
6.6.4 Μοντέλο επίπεδης γης (Plane Earth Model), 479
6.6.5 Ανάκλαση από σφαιρική επιφάνεια (Γη), 489
6.6.5.1 Οπτικός ορίζοντας και ράδιο-ορίζοντας, 489
6.6.5.2 Ύψη κεραιών, 491
6.6.5.3 Απόκλιση των ανακλώμενων κυμάτων, 494
6.6.6 Ανάκλαση και σκέδαση από τραχιές επιφάνειες, 496
6.6.7 Περίθλαση, 502
6.6.7.1 Η αρχή του Huygens, 502
6.6.7.2 Τα ελλειψοειδή και οι ζώνες Fresnel, 507
6.6.7.3 Ζώνες Fresnel και το μοντέλο επίπεδης γης, 511
6.6.7.4 Περίθλαση από σφαιρική γη, 514
6.6.7.5 Περίθλαση από ευθεία ακμή (Knife-Edge Diffraction), 516
6.6.7.6 Περίθλαση από ευθεία ακμή (Knife-Edge Diffraction) πάνω από επίπεδο έδαφος, 523
6.6.7.7 Περίθλαση σε εμπόδιο πεπερασμένου εύρους, 527
6.6.7.8 Περίθλαση από στρογγυλεμένο εμπόδιο, 529
6.6.7.9 Περίθλαση από πολλαπλές ευθείες ακμές, 530
6.6.7.9.1 Η προσέγγιση του Bullington, 530
6.6.7.9.2 Η προσέγγιση των Epstein-Peterson, 531
6.6.7.9.3 Εφαρμογή της προσέγγισης Epstein-Peterson σε δύο ακμές και η διόρθωση του Millington, 532
6.6.7.9.4 Η προσέγγιση του Deygout, 533
6.6.7.9.5 Τροποποίηση της προσέγγισης Deygout από τη σύσταση P.526 της ITU-R, 535
6.6.7.9.6 Το Μοντέλο του Giovanelli, 536
6.7 Βιβλιογραφία, 538
6.8 Ασκήσεις, 540
Κεφάλαιο 7: Πληροφορίες Αναφοράς
7.1 Στοιχεία Διανυσματικής Ανάλυσης, 543
7.2 Συστήματα Συντεταγμένων, 557
7.3 Επικαμπύλια και Επιφανειακά Ολοκληρώματα, 565
7.4 Στοιχεία Κυκλωμάτων, 573
7.5 Ημιτονοειδής Μόνιμη Κατάσταση και Φασιθέτες, 577
7.6 Συστάσεις της ITU-R (P-Series) για Διάδοση Ραδιοκυμάτων, 591
Ευρετήριο 597