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第1章 电磁波的发现 1

1.1 物理背景 1

1.1.1 库仑定律发现以前 1

1.1.2 库仑定律发现以后 2

1.1.2.1 库仑定律 2

1.1.2.2 安培定律 3

1.1.2.3 法拉第定律 4

1.2 数学背景 5

1.2.1 矢量定义 5

1.2.2 矢量运算 5

1.2.3 坐标系 7

1.2.3.1 一般曲线坐标系 7

1.2.3.2 圆柱坐标系 9

1.2.3.3 球坐标系 12

1.2.4 矢量算子 13

1.2.4.1 梯度算子 13

1.2.4.2 散度算子 17

1.2.4.3 旋度算子 19

1.2.4.4 拉普拉斯算子 23

1.2.4.5 算子在一般正交坐标系中的表示式 23

1.2.5 张量 24

1.2.5.1 张量的定义 24

1.2.5.2 张量的运算法则 25

1.2.6 矢量恒等式 26

1.2.7 算子基本积分定理 27

1.2.7.1 高斯散度定理 27

1.2.7.2 斯托克斯定理 28

1.2.7.3 格林定理 29

1.3 学术传统 30

1.4 麦克斯韦方程的建立 33

1.4.1 场概念的提炼 33

1.4.2 物理规律的系统化数学表述 34

1.4.3 本构关系 36

阅读与思考 37

1.A一般介质的本构关系 37

1.B等离子体的本构关系 39

1.C超材料——金属线介质的等效电磁参数 42

1.D超材料——金属开口谐振环介质的等效电磁参数 45

1.5 电磁波发现及验证 50

1.6 电磁波问题的确定性表述 52

1.6.1 两种介质交界面的边界条件 52

1.6.1.1 磁场强度H的边界条件 52

1.6.1.2 电位移矢量D的边界条件 53

1.6.1.3 分界面边界条件小结 54

1.6.2 导体分界面上的边界条件 54

1.6.3 辐射边界条件 54

1.7 静电场再认识 54

1.7.1 静电边值问题 54

1.7.2 电容和电感 56

1.8 麦克斯韦方程频域形式 58

1.9 电磁波的性质 60

1.9.1 惟一性定理 61

1.9.2 等效原理 63

1.9.3 对偶原理 65

1.9.4 互易原理 66

1.10 电磁波传播的仿真 67

1.10.1 电磁波方程 67

1.10.2 Yee格式及蛙跳机制 68

1.10.3 电磁波方程的离散 69

1.10.4 稳定性条件 70

1.10.5 激励源 71

1.10.6 边界条件 71

1.10.6.1 一阶Mur吸收边界 72

1.10.6.2 棱边及角点的处理 73

1.10.6.3 吸收边界的精度 73

1.11 电磁波的应用 73

本章小结 76

练习题 76

思考题 79

课程设计（一） 80

第2章 电磁波的传播和传输 81

2.1 电磁波传播 81

2.1.1 无限大均匀介质中的传播 82

2.1.1.1 平面波解 82

2.1.1.2 相速和群速 83

2.1.1.3 波的极化 86

2.1.1.4 无耗介质中的电磁波传播 88

2.1.1.5 有耗介质中的电磁波传播 88

2.1.1.6 各向异性介质中的电磁波传播 89

2.1.1.7 坡印廷定理 93

2.1.2 层状介质中电磁波的传播 95

阅读与思考 102

2.A 坐标变换空间中的麦克斯韦方程 102

2.2 波导中的传输 108

2.2.1 波导传输问题的求解途径 109

2.2.2 矩形波导中电磁波的传输特性 111

2.2.3 波导正规模的特性 117

2.2.4 任意截面空波导电磁波传输模式的有限元分析 119

2.2.5 波导激励分析 121

2.3 微波传输线的分析模型 124

2.3.1 传输线分析模型及其解 124

2.3.1.1 传输线方程——场方法 124

2.3.1.2 传输线方程——路方法 126

2.3.1.3 传输线方程的解 128

2.3.2 传输线特征量及其变换式 129

2.3.2.1 电压和电流变换式 129

2.3.2.2 反射系数变换式 130

2.3.2.3 输入阻抗变换式 131

2.3.2.4 驻波比 133

2.3.2.5 传输功率与传输效率 134

2.3.3 均匀无耗传输线的工作状态 135

2.3.3.1 行波状态 135

2.3.3.2 纯驻波状态 135

2.3.3.3 行驻波状态 138

2.3.4 圆图 140

2.3.5 阻抗匹配 144

2.3.5.1 信号源与传输线的匹配 145

2.3.5.2 负载与传输线的匹配 145

2.4 微波网络的分析模型 148

2.4.1 不均匀性等效网络 148

2.4.2 微波网络参量 148

2.4.2.1 归一化参量 148

2.4.2.2 微波网络的电路参量 149

2.4.2.3 微波网络的波参量 150

2.4.2.4 波导不连续性问题分析 154

本章小结 156

练习题 157

思考题 160

课程设计（二） 161

第3章 电磁波的辐射 163

3.1 激励源在自由空间中的辐射 164

3.1.1 自由空间中带源麦克斯韦方程的解 164

3.1.2 电流与磁流辐射场的其他数学表达形式 168

3.1.2.1 Stratton-Chu公式 168

3.1.2.2 基尔霍夫公式形式 169

阅读与思考 171

3.A 电流与磁流辐射表达式的另类推导 171

3.A.1 电流与磁流源辐射场的两种表达式的等效性证明 171

3.A.2 电流与磁流源辐射场的另类计算方法 172

3.1.3 激励源辐射场的远场近似 173

3.1.4 辐射条件 177

3.2 天线 178

3.2.1 赫兹偶极子 180

3.2.1.1 近区场 182

3.2.1.2 远区场 183

3.2.1.3 天线的重要参数 186

3.2.2 线天线 187

3.2.2.1 传输线模型 187

3.2.2.2 积分方程模型 192

3.2.2.3 积分方程的求解 194

3.2.2.4 实际馈电系统的数学模型 197

3.2.3 微带天线 199

3.2.3.1 微带天线的发展历程 199

3.2.3.2 腔模型理论 200

阅读与思考 204

3.B微带天线的全波分析法 204

3.2.4 天线阵 211

3.2.5 天线馈电 215

3.2.5.1 馈电系统要求 215

3.2.5.2 天线馈线系统常用微波器件 216

3.2.6 天线测量 217

3.2.6.1 概述 217

3.2.6.2 源天线与待测天线之距离 218

3.2.6.3 天线测量环境 219

3.2.6.4 天线测量典型仪器设备 220

本章小结 221

练习题 221

思考题 223

课程设计（三） 225

第4章 电磁波的散射 227

4.1 确定性目标的散射 227

4.1.1 规则目标的散射 228

4.1.1.1 导体圆柱的散射 228

4.1.1.2 导体圆柱的绕射 231

4.1.1.3 导体球的散射 233

4.1.1.4 规则目标散射的解析求解法 239

阅读与思考 243

4.A半平面导体散射的解析解 243

4.1.2 不规则形状目标的散射 251

4.1.3 目标散射机理 253

4.2 随机目标的散射 255

4.2.1 随机面的几何模型 256

4.2.2 光滑型随机面的散射 257

阅读与思考 259

4.B 光滑型随机表面散射解析解的证明 259

4.2.3 微粗糙型随机面的散射 261

阅读与思考 263

4.C 微粗糙度随机表面散射解析解的证明 263

4.2.4 蒙特卡洛（Monte Carlo）方法 266

4.2.5 随机面散射和辐射的关系 267

4.3 雷达 267

4.3.1 目标特性 268

4.3.1.1 雷达散射截面 268

4.3.1.2 角闪烁 269

4.3.1.3 散射中心 272

4.3.2 雷达原理 280

4.3.2.1 测距原理 280

4.3.2.2 测速原理 281

4.3.2.3 测角原理 281

4.3.2.4 雷达成像原理 282

4.3.3 单脉冲雷达系统 284

4.3.3.1 单脉冲测角的技术方案 284

4.3.3.2 单脉冲雷达系统各部件功能实现 287

4.3.3.3 系统测角误差分析 291

阅读与思考 294

4.D 扩展目标角闪烁的计算公式推导 294

4.E 目标散射中心参数的估计方法 301

本章小结 303

练习题 303

思考题 304

课程设计（四） 305

附录A 307

附录B 309

附录C 310

附录D 312

附录E 314

附录F 317

附录G 320

参考文献 321

索引 323