电磁场与电磁波 第2版PDF电子书下载

第1章　引言——波与矢量分析 1

1.1 概述 1

1.2 电磁场与电磁波的基本概念 2

1.2.1 电场强度E与电通量密度D 2

1.2.2　磁通量密度B与磁场强度H 6

1.2.3　静电场、恒定磁场与时变场 9

1.2.4　介质的电磁特性 10

1.2.5 电磁波 10

1.3 电磁波谱 12

1.3.1　电磁波谱图 12

1.3.2　电磁波大气传输窗口 13

1.3.3　不同波段电磁波的传播特性及其应用 14

1.4 波的基本特征及时谐波的复数与复矢量表示 15

1.4.1　波动的基本特征 15

1.4.2　时谐标量波及其复数表示 16

1.4.3　时谐矢量波的复矢量表示 23

1.5 矢量分析与场论 26

1.5.1　标量、矢量与场 26

1.5.2　标量场的等值面与梯度 30

1.5.3　矢量场的通量与散度 32

1.5.4　矢量场的环量与旋度 36

1.5.5　矢量运算的几个恒等关系 41

1.5.6　矢量场的分类与亥姆霍兹定理 43

1.5.7　格林定理 44

1.6 正交坐标系 46

1.6.1 圆柱坐标系 47

1.6.2　球坐标系 48

1.6.3　坐标变换 51

1.6.4　坐标单位矢量对空间坐标的偏导数 53

1.6.5　梯度、散度、旋度在圆柱坐标系与球坐标系下的表达式 55

1.7 电荷与电流分布的模型 57

本章要点 59

习题1 61

第2章　传输线基本理论与圆图 64

2.1 传输线的等效电路模型与传输线方程及其解 64

2.1.1　传输线的等效电路模型 64

2.1.2　传输线方程及其解 68

2.1.3　传输线的特征参数 72

2.2　描述传输线状态的特征量沿传输线的变换 73

2.2.1　描述传输线状态的特征量沿传输线变换的关系式 73

2.2.2　描述传输线状态的特征量沿传输线变换关系的图示 78

2.3　传输功率与传输效率 86

2.3.1　传输功率 86

2.3.2　传输效率 88

2.4　传输线圆图 89

2.4.1 反射系数圆与阻抗圆图 90

2.4.2　导纳圆图 93

2.5 圆图应用举例 96

2.6 阻抗匹配及阻抗匹配器 101

2.7　传输线的瞬态响应 109

2.7.1 时域分析 109

2.7.2　频域分析 113

本章要点 113

习题2 115

第3章　麦克斯韦方程 119

3.1 积分与微分形式的麦克斯韦方程 119

3.1.1　从库仑定理到高斯定理 119

3.1.2　磁通连续性原理 121

3.1.3　法拉第电磁感应定理 121

3.1.4　安培全电流定理 123

3.1.5　积分与微分形式的麦克斯韦方程组 125

3.2 时谐场的麦克斯韦方程组 127

3.3 电流连续性原理 130

3.4　物质的本构关系 130

3.5　洛伦兹力 135

3.5.1　洛伦兹力方程 135

3.5.2　等离子体 136

3.6　坡印廷定理 137

3.7 电磁场的几个基本原理和定理 142

3.7.1　叠加定理 142

3.7.2　时变电磁场的唯一性定理 143

3.7.3　镜像定理 144

3.7.4　等效原理 144

3.7.5　对偶定理 145

3.7.6　互易定理 147

本章要点 150

习题3 151

第4章　平面波 153

4.1 波方程 153

4.2　平面电磁波 154

4.3　极化 161

4.4　有耗介质中的平面波 166

4.5 色散与群速 172

4.6 电各向异性介质中的平面波 174

4.6.1　各向异性介质中ε、μ的并矢表示 174

4.6.2　电各向异性介质中的波方程及其平面波解 176

4.6.3　寻常波与非寻常波 178

4.7　磁化铁氧体中的平面波 182

4.7.1　磁化铁氧体磁导率的张量表示 182

4.7.2　波方程及其平面波解 184

4.7.3　纵向传播的波与横向传播的波 185

4.8 高斯光束的平面波展开 188

4.9　平面波传播的传输线模型 192

4.9.1 任何电磁波可分解为TE与TM两种模式电磁波的线性组合 192

4.9.2　电磁波传播的传输线模型 194

本章要点 204

习题4 205

第5章　波的反射与折射及多层介质中波的传播 208

5.1　边界条件 209

5.2　介质交界面的反射与折射 214

5.2.1　介质交界面对TE波（或垂直极化波）的反射与折射 215

5.2.2　介质交界面对TM波（或平行极化波）的反射与折射 222

5.3 临界角与布儒斯特角 227

5.3.1　临界角 227

5.3.2　布儒斯特（Brewster）角 230

5.4 吸收介质界面以及导体界面的反射 232

5.4.1　吸收介质界面的反射 232

5.4.2　导体界面的反射 234

5.4.3　电离层的反射 237

5.5 多层平板介质中波的传播 239

5.5.1　单层介质系统的波动分析与射线分析 239

5.5.2　多层平板介质系统中波的传播 242

5.6 多层平板介质系统瞬态响应的传输线模型分析 251

本章要点 257

习题5 258

第6章　波导 262

6.1 概述 262

6.1.1　波导的基本特征 262

6.1.2　波导的特征参数 264

6.2　矩形波导 265

6.2.1　矩形波导的传输线模型 266

6.2.2　模式函数与场分布 266

6.2.3　色散特性 273

6.2.4　特征阻抗与等效阻抗 277

6.2.5　矩形波导管壁的电流 279

6.2.6　矩形波导的损耗 280

6.2.7　矩形波导的激励与耦合 284

6.3 圆波导 286

6.3.1 用纵向场量表示横向场量 286

6.3.2　场分布与截止特性 287

6.4 波导器件 295

6.5　平板介质波导 308

6.5.1　平板介质波导的横向谐振原理 308

6.5.2　单层平板介质光波导 311

6.5.3　条形介质光波导的近似分析——EDC法 318

6.6　微带线与耦合微带线 321

6.6.1　微带线 321

6.6.2　耦合微带线 326

6.7　光纤的射线分析 345

6.8　光纤的波动分析 349

6.8.1　分析模型、场分量表达式与特征方程 349

6.8.2　线偏振模及其截止特性与场分布 355

6.8.3　归一化参量与色散 362

6.8.4　无源光器件 364

本章要点 368

习题6 369

第7章　谐振器 372

7.1 结构特点及其等效电路 372

7.1.1　集总式谐振器与分布式谐振器 372

7.1.2　分布式谐振器的等效电路 373

7.1.3　谐振器结构类型 374

7.2　谐振器的特征参数 376

7.2.1　谐振频率ω0 377

7.2.2 品质因数 377

7.3　空腔谐振器 380

7.3.1 传输线型空腔谐振器的色散关系 380

7.3.2　矩形空腔谐振器的场分布 382

7.3.3　微扰近似下品质因数的计算 385

7.3.4　波长计 387

7.4　微带谐振器 388

7.5　介质谐振器 390

7.6　开放式谐振器 396

7.7　谐振器与传输线的耦合 400

7.7.1　谐振器与传输线耦合的方式 400

7.7.2　传输线与谐振器耦合的等效电路 401

7.7.3　谐振器特征参数的测量 403

本章要点 408

习题7 409

第8章　天线 412

8.1 概述 412

8.2　标量和矢量位函数及其解 418

8.3 电基本振子的辐射 422

8.3.1　电基本振子 422

8.3.2　电基本振子辐射的电磁场 423

8.3.3　电基本振子的特性 425

8.4　磁基本振子的辐射、电振子与磁振子的对偶性 430

8.5 线天线 433

8.5.1　短振子天线 435

8.5.2　中心激励振子天线 436

8.5.3　单极天线 439

8.6 列阵天线 442

8.7 口径天线 450

8.8　微带天线 456

8.9　瑞利散射 459

8.10　传输方程与雷达方程 462

8.10.1　传输方程 462

8.10.2　雷达方程 464

本章要点 466

习题8 467

第9章　周期结构 470

9.1 周期结构的一般性质 471

9.2　周期层状介质 476

9.3 正弦变化的周期介质 483

9.4　光纤光栅 488

9.5 电磁带隙结构 495

9.5.1　基片集成波导（SIW） 495

9.5.2　基于微带线的电磁带隙结构 499

9.6　人工负折射率介质 502

本章要点 512

习题9 513

第10章　静态场 515

10.1 静态场的支配方程 515

10.2　静电位与静电场的求解 521

10.3 电场中的介质、导体与电容 531

10.3.1 电场中的介质 531

10.3.2　电场中的导体与电容 536

10.4 电场力与电场储能 540

10.4.1　电场力 540

10.4.2　电场储能 542

10.5　恒定磁场 545

10.6　磁场中的介质 548

10.7 电感、磁场力与磁场能 551

10.8 荷电粒子与场的相互作用 558

本章要点 563

习题10 565

第11章　波导器件的等效网络分析 568

11.1 波导器件的分类与等效网络表示 568

11.1.1 按与系统连接端口数对器件进行分类 568

11.1.2　N端口器件的网络表示及其能量关系 569

11.2 N端口网络的矩阵表示 571

11.2.1 阻抗矩阵Z与导纳矩阵Y 571

11.2.2　散射矩阵S 573

11.2.3　转移矩阵A和传输矩阵T 578

11.3 无源、互易和无耗网络矩阵特性 586

11.3.1　互易网络散射矩阵具有对称性，即Smk=Skm 586

11.3.2　对于无源微波电路｜Smk｜≤1 587

11.3.3　对于无耗网络S+S=1 588

11.3.4　参考面移动时S参数的幅值不变 589

11.4 波导器件的等效网络矩阵特性 590

11.4.1　一端口器件与一端口网络 590

11.4.2　二端口器件与二端口网络 591

11.4.3　三端口器件与三端口网络 594

11.4.4 四端口器件与四端口网络 597

本章要点 604

习题11 604

第12章　波导及波导器件等效网络参数的数值模拟 608

12.1 非对称周期金属栅及梳形慢波线 608

12.1.1 非对称周期金属栅分析模型及其横向等效网络表示 608

12.1.2　网络A对两边传输线特征量的变换 609

12.1.3　z=0-平面输入阻抗矩阵与反射系数矩阵 614

12.1.4　梳形慢波线的色散关系 616

12.2 条形介质波导的模式匹配分析 617

12.2.1　横向等效网络 617

12.2.2　表示y方向场分布的模式函数？（y） 619

12.2.3　x方向等效传输线模型 622

12.2.4　内、外区域交界面的横向等效网络表示 624

12.2.5　横向谐振与色散方程 627

12.3　介质栅天线 628

12.3.1　漏波辐射的基本原理 628

12.3.2　分析模型与横向等效网络 630

12.3.3　介质栅区场量及z方向的传输线模型 631

12.3.4　介质栅与均匀介质交界面的等效网络表示 634

12.3.5　介质栅天线的色散关系 636

12.3.6　介质栅天线计算举例 636

12.4　微带线的谱域分析 637

12.4.1　分析模型及场量的积分方程表达式 637

12.4.2　用传输线模型求谱域格林函数 640

12.4.3　帕塞瓦尔定理 646

12.4.4　伽略金法得出微带线问题的解 646

12.5　介质谐振器的有限元分析 651

12.5.1　有限元法简介 651

12.5.2　圆柱形介质谐振器的有限元分析 656

12.6 时域有限差分方法（FD-TD）的基本原理 658

12.6.1　麦克斯韦方程的差分近似 659

12.6.2　稳定性条件 662

12.6.3　边界条件 662

12.6.4　初始激励信号的选择 665

12.6.5 FD-TD法数值解步骤 666

12.6.6　FD-TD法应用举例 668

12.7　谐振法数值模拟波导器件的网络参数 671

12.7.1　谐振法模拟二端口网络A参数 671

12.7.2　谐振法模拟N端口网络S参数 674

本章要点 676

习题12 677

附录 678

附录1 坐标与算符？ 678

附录2 矢量运算恒等关系 678

附录3 贝塞尔函数与三角函数、指数函数 679

附录4　材料常数 680

参考文献 683