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第一篇 场波基础篇 3

第1章 矢量分析基础 3

1.1标量与矢量 3

标量与矢量 3

标量场与矢量场 4

1.2矢量的运算 4

矢量的代数运算 5

矢量乘 5

矢量函数求导 7

矢量函数积分 8

1.3标量场的方向导数和梯度 8

标量场的等值面与等值线 8

标量场的方向导数 8

标量场的梯度 10

哈密顿算子 11

1.4矢量场的散度及高斯散度定理 12

矢量线 12

矢量场的通量 12

矢量场的散度 14

高斯散度定理 15

格林定理 16

1.5矢量场的旋度及斯托克斯定理 16

环量 16

旋度 17

斯托克斯定理 19

1.6曲面坐标系 21

直角坐标系 21

圆柱坐标系 22

球坐标系 23

1.7亥姆霍兹定理 24

小结 25

习题一 26

第2章 电磁场的基本物理量与定律 28

2.1电场基本规律 28

电荷与电荷分布 28

库仑定律与电场强度 29

电位 31

电偶极子 33

高斯定理及电位移矢量 34

泊松方程和拉普拉斯方程 36

2.2磁场基本定律 36

电流与电流密度 36

欧姆定律 38

焦耳定律 39

电流连续性方程 39

安培力定律与磁感应强度 41

磁通连续性定理与安培环路定律 43

矢量磁位 46

小结 48

习题二 49

第二篇 场波理论篇 55

第3章 静态电磁场中的介质 55

3.1静电场中的导体 55

3.2静电场中电介质的极化 56

物质的分类 56

介质的极化 57

极化强度与束缚电荷 57

极化介质产生的电位 59

3.3介质中的静电场方程 60

介质中的高斯定理 60

介质的分类 61

介电常数 61

3.4导体系统中的电容 64

孤立导体的电容 64

双导体电容器的电容 64

电位系数、电容系数及部分电容 65

3.5静电场的能量与电场力 68

静电能 68

静电力 70

3.6物质的磁化 72

磁偶极子 72

分子电流及分子磁矩 73

磁化强度 74

磁化电流 74

3.7磁介质中的磁场方程 76

磁介质中的安培环路定理 76

磁介质的磁导率 77

3.8标量磁位 78

3.9电感 79

磁链 79

互感 79

自感 80

3.10磁场能量与磁场力 82

磁场能量 82

磁场力 84

小结 85

习题三 87

第4章 静态场的边值问题 90

4.1恒定电磁场的边界条件 90

静电场的边界条件 90

恒定电流场的边界条件 92

恒定磁场的边界条件 93

4.2边值问题 95

边值问题的分类 95

唯一性定理 95

镜像法 96

分离变量法 101

有限差分法 107

有限元法 110

小结 113

习题四 114

第5章 时变电磁场 117

5.1法拉第电磁感应定律 117

5.2位移电流与安培-麦克斯韦全电流定律 120

位移电流 120

全电流连续性原理 121

安培-麦克斯韦全电流定律 122

5.3麦克斯韦方程组及其辅助方程 123

麦克斯韦方程组 123

麦克斯韦方程的辅助方程——结构方程 124

5.4时谐电磁场 126

时谐电磁场的复数表示方法 127

麦克斯韦方程组的复数形式 129

时谐电磁场中的介质特性 129

介质的分类 131

5.5时变电磁场的边界条件 131

一般情况 132

两种重要的特殊情况 135

时变电磁场的唯一性定理 136

洛伦兹力 137

5.6坡印廷定理和坡印廷定理矢量 137

坡印廷定理 137

坡印廷矢量 138

复坡印廷矢量 140

复数形式的坡印廷定理 140

5.7波动方程 142

一般波动方程 142

时谐电磁场的波动方程 144

5.8时变电磁场的位函数——矢量位和标量位 144

矢量位和标量位 145

矢量位和标量位满足的方程 145

小结 147

习题五 149

第6章 平面波 152

6.1基本概念 152

6.2理想介质中的平面波 152

理想介质中波动方程的均匀平面波解 153

均匀平面波的传播参数及传播特性 155

6.3导电介质中的平面波 161

导电介质中平面波的传播参数及传播特性 161

两种典型导电介质中平面波的传播特性 165

6.4电磁波的极化 168

极化的概念 168

平面波的极化形式 169

平面波的三种极化形式之间的关系 172

电磁波极化在工程中的应用 173

6.5电磁波的相速、视在相速和群速 174

相速 174

视在相速 174

群速 174

群速与相速的关系 175

6.6平面波在介质分界面上的传播规律 176

基本概念及基本定律 176

相位匹配条件 177

入射波的极化 178

反射定律与折射定律 178

反射系数与透射系数 179

6.7平面波在介质分界面上的垂直入射 180

平面波对理想导体的垂直入射 180

平面波对理想介质的垂直入射 183

平面波对多层介质分界面的垂直入射 188

6.8平面波在介质分界面上的斜入射 190

平面波对理想导体的斜入射 190

平面波对理想介质的斜入射 194

6.9平面波的全透射与全反射 196

全透射 196

全反射 197

小结 198

习题六 200

第三篇 场波应用篇 205

第7章 导行波 205

7.1导行波场的分析方法 205

导行波与导波系统的基本概念 205

传输系统中电磁波的分析方法 205

矢量亥姆霍兹方程及传输系统场方程 206

导行波波型的分类 207

导行波的传输特性 208

模式电压与模式电流 212

边界条件 215

7.2矩形波导 216

矩形波导中的TE波和TM波 216

矩形波导中的传输特性 218

矩形波导中的主模TE10. 220

7.3圆波导 222

圆波导中的模式 223

圆波导中的三个主要模式 225

7.4同轴线 227

同轴线传输主模——TEM波 227

同轴线中的高次模 228

7.5带状线 229

特性参量 230

带状线尺寸的确定 230

7.6微带线 231

微带线传输的主模 231

微带线的特性参量 231

微带线的色散特性和尺寸设计考虑 232

7.7介质波导 233

金属平板加介质片构成的波导 233

介质波导的应用 233

7.8光波导 234

光波导的结构和参数 234

光纤的分析方法 235

数值孔径 235

小结 236

习题七 236

第8章 电磁波辐射的基本概论 238

8.1滞后位 238

8.2电偶极子的辐射场 240

电偶极子 240

电偶极子辐射场的计算 240

电偶极子辐射场的分析 241

8.3磁偶极子的辐射场 244

电磁对偶原理 244

磁偶极子辐射场的计算 245

磁偶极子辐射场的分析 246

8.4天线的特性参数 248

天线的辐射方向图及参数 248

天线的辐射效率 251

天线的增益系数 252

天线的等效高度 252

天线的输入阻抗 252

天线的极化形式 252

8.5对称振子天线 253

对称振子天线的电流分布 253

对称振子天线的远区辐射场 253

对称振子的电参数 254

8.6天线阵 256

N元均匀直线阵E面内的方向性函数 256

N元均匀直线阵H面内的方向性函数 258

导电体对天线的影响 259

8.7互易定理 260

洛伦兹互易定理 261

卡森互易定理 261

小结 262

习题八 263

第9章 电磁仿真软件——Ansoft HFSS 265

9.1 Ansoft HFSS概述 265

Ansoft HFSS简介 265

HFSS计算原理及仿真过程 266

9.2 Ansoft HFSS使用介绍 267

Ansoft HFSS的工作环境 267

建立HFSS工程的一般过程 277

9.3 Ansoft HFSS工程仿真实例 278

魔T（Magic T） 278

共面波导（CP W）馈电的BowTie天线 282

矩形微带贴片天线 291

9.4关于Ansoft HFSS的几点说明 298

小结 300

习题九 300

第10章 电磁波应用系统 304

10.1雷达传感器 304

概述 304

雷达系统的基本运行 304

非模糊测距范围 305

测距范围及角度的分辨率 306

10.2多普勒雷达 307

概述 307

多普勒效应 308

10.3单脉冲雷达 309

概述 309

幅值比较单脉冲方案 309

10.4相控阵雷达 311

概述 311

相控阵雷达的主要指标 313

相控阵雷达技术参数 313

10.5毫米波应用 316

概述 316

毫米波在军事上的应用 316

民用毫米波系统 318

10.6微波遥感 320

概述 320

微波遥感的特点及其应用 321

10.7电磁场的生物效应 322

电磁场生物效应的物理学解释 322

电磁场产生的非热效应 323

不同频率电磁辐射的生物效应 324

10.8电磁技术在军事电子系统中的应用 324

概述 324

高功率微波武器 325

HPM武器的杀伤机理 327

HPM武器技术 329

小结 331

习题十 332

附录A 有关物理量和单位符号 333

附录B 重要的矢量分析公式 336

参考文献 338