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Electromagnetic Field Theory PRELIMINARY VERSION Lecture Notes PDF
Ravi Chopra

Electromagnetic Field Theory PRELIMINARY VERSION Lecture Notes PDF

Ravi Chopra | 16-Jan-2016 |
Fundamental concepts , Waves in homogeneous media , Radiation in free space , Antennas , Waveguides , Mathematical Basics , Bibliography ,

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1 Fundamental concepts 3
1.1 Maxwell's Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 Phasors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3 Constitutive relations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.4 Boundary conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2 Waves in homogeneous media 14
2.1 Plane waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2 Cylindrical waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.3 Spherical waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.4 Waves in non homogeneous media . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.5 Propagation in good conductors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3 Radiation in free space 28
3.1 Green's functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.2 Elementary dipoles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.3 Radiation of generic sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4 Antennas 49
4.1 Antenna parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
4.1.1 Input impedance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4.1.2 Radiation pattern, Directivity and Gain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.1.3 E®ective area, e®ective height . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
4.2 Friis transmission formula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
4.3 Examples of simple antennas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.3.1 Wire antennas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.3.2 Aperture antennas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

5 Waveguides 76
5.1 Waveguide modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5.2 Equivalent transmission lines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
5.3 Rectangular waveguide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
5.3.1 Design of a single mode rectangular waveguide . . . . . . . . . . . . . . . . 92
5.3.2 Tunneling e®ects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
5.3.3 Irises and waveguide discontinuities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
A Mathematical Basics 1
A.1 Coordinate systems and algebra of vector ¯elds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
A.2 Calculus of vector ¯elds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
A.3 Multidimensional Dirac delta functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
B Solved Exercises 20
B.1 Polarization and Phasors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
B.2 Plane Waves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
B.3 Antennas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
B.4 Waveguides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

 

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