电磁场理论与微波技术基础PDF电子书下载

绪论 1

上篇 电磁场理论基础 9

第1章 矢量分析 9

1.1 矢量的表示及其代数运算 9

1.1.1 矢量的表示及距离矢量 9

1.1.2 矢量的代数运算 10

1.2 标量场和矢量场 12

1.3 标量场的梯度 13

1.3.1 梯度的定义 13

1.3.2 梯度运算的基本公式 15

1.4 矢量场的通量、散度与散度定理 15

1.4.1 通量 15

1.4.2 散度的定义 16

1.4.3 散度运算的基本公式 16

1.4.4 散度定理 16

1.5 矢量场的环量、旋度与斯托克斯定理 17

1.5.1 环量 17

1.5.2 旋度的定义 18

1.5.3 旋度运算的基本公式 18

1.5.4 斯托克斯定理与旋度定理 18

1.6 标量场、矢量场的重要性质和定理 19

1.6.1 两个重要性质 19

1.6.2 三个重要定理 21

1.7 正交曲线坐标系 22

1.7.1 正交曲线坐标系的单位矢量和度量因子 23

1.7.2 正交曲线坐标系中场论的表达式 27

习题 28

第2章 静电场 30

2.1 真空中静电场的基本方程 30

2.1.1 静电场的源——电荷和电荷密度 30

2.1.2 真空中静电场的基本方程 31

2.2 电位及其电位方程 35

2.2.1 电位 35

2.2.2 电位方程 37

2.3 电介质中的静电场 37

2.3.1 电偶极子的电位和电场强度 37

2.3.2 电介质中的静电场 38

2.4 静电场中的导体与带电系统中的电容 43

2.4.1 静电场中导体的特点 43

2.4.2 电容 44

2.5 静电场的边界条件 44

2.5.1 场矢量D和E的边界条件 45

2.5.2 电位φ的边界条件 46

2.6 静电场边值问题的解法 47

2.6.1 分离变量法 48

2.6.2 镜像法 52

2.7 静电场的能量、能量密度及电场力 59

2.7.1 静电场的能量和能量密度 59

2.7.2 用虚位移法求电场力 61

习题 63

第3章 恒定电场 67

3.1 恒定电场的源——恒定电流 67

3.1.1 恒定电流和电流密度 67

3.1.2 电荷守恒定律（电流连续性方程） 69

3.2 恒定电场的形成 70

3.3 恒定电场的基本方程 71

3.4 恒定电场的边界条件 72

3.5 损耗功率和焦耳定律 73

3.6 静电比拟 74

习题 76

第4章 静磁场 78

4.1 真空中静磁场的基本方程 78

4.1.1 毕奥—萨伐尔定律与磁通量密度 78

4.1.2 磁通量与磁通连续性原理 80

4.1.3 安培环路定律与磁场强度 81

4.2 静磁场的矢量磁位及其方程 82

4.2.1 矢量磁位 82

4.2.2 矢量磁位方程 83

4.3 磁介质中的静磁场 84

4.3.1 磁偶极子的矢量磁位和磁通量密度 84

4.3.2 磁介质中的静磁场 85

4.4 静磁场的边界条件 90

4.4.1 场矢量B和H的边界条件 90

4.4.2 矢量磁位A的边界条件 91

4.5 电感 92

4.5.1 自感 92

4.5.2 互感 94

4.6 静磁场的能量、能量密度及磁场力 95

4.6.1 静磁场的能量与能量密度 95

4.6.2 用虚位移法求磁场力 97

习题 99

第5章 时变电磁场 102

5.1 电磁感应定律与全电流定律 102

5.1.1 电磁感应定律 102

5.1.2 全电流定律 104

5.2 麦克斯韦方程组 105

5.2.1 微分形式的麦克斯韦方程组 105

5.2.2 时变场的本构关系 106

5.2.3 积分形式的麦克斯韦方程组 107

5.3 时变电磁场的边界条件 107

5.3.1 一般情况 107

5.3.2 特殊情况 109

5.4 坡印亭定理和坡印亭矢量 109

5.4.1 坡印亭定理 109

5.4.2 坡印亭矢量 110

5.5 波动方程和电磁位函数 112

5.5.1 波动方程 112

5.5.2 电磁位函数的方程及其解 112

5.6 时谐（正弦）电磁场的复数表示 116

5.6.1 复数形式的麦克斯韦方程组 117

5.6.2 复数形式的边界条件 117

5.6.3 复矢量E和H的矢量亥姆霍兹方程 117

5.6.4 复坡印亭矢量和复坡印亭定理 118

习题 121

第6章 平面电磁波 123

6.1 理想媒质中的平面波 123

6.1.1 平面波的电磁场 123

6.1.2 平面波的传播特性参量与传播特性 125

6.1.3 沿任意方向传播的平面波 127

6.2 导电媒质中的平面波 129

6.2.1 导电媒质的分类 129

6.2.2 平面波在导电媒质中的传播特性 131

6.3 平面波的极化 135

6.3.1 线极化 136

6.3.2 圆极化 136

6.3.3 椭圆极化 137

6.4 平面波的反射与透射 139

6.4.1 平面波在两种媒质的平面交界面上的斜入射 139

6.4.2 平面波在两种媒质的平面交界面上的垂直入射（正入射） 144

6.5 全反射和全透射 150

6.5.1 全反射 150

6.5.2 全透射 153

习题 154

第7章 规则传输系统（Ⅰ）——金属波导 157

7.1 柱形传输系统中的导波及其特性 158

7.1.1 柱形传输系统中导波的电磁场 158

7.1.2 导波的分类及其TEM模、TM模和TE模的传输特性 160

7.2 矩形波导 169

7.2.1 矩形波导中的模式及其场分布 169

7.2.2 传输特性 172

7.2.3 矩形波导中的主模——TE10模（H10模） 173

7.2.4 矩形波导的传输功率、导体衰减与尺寸选择 178

7.2.5 矩形波导中高次模式的场结构 181

7.2.6 脊形波导简介 183

7.3 圆形波导 183

7.3.1 亥姆霍兹方程在圆柱坐标系中的解 184

7.3.2 圆波导中的模式及其传输特性 185

7.3.3 圆波导的传输功率、导体衰减和尺寸选择 187

7.3.4 圆波导中的常用模式 188

7.3.5 圆波导中高次模式的场结构 191

7.4 同轴线 193

7.4.1 同轴线中的主模——TEM模 193

7.4.2 同轴线中的高次模式 194

7.4.3 同轴线的传输功率、衰减和尺寸选择 197

7.5 金属波导的激励与耦合 198

习题 200

第8章 天线（Ⅰ）——电磁波的辐射和接收的理论基础 203

8.1 电磁波辐射的基本概念与电磁对偶性原理 203

8.1.1 辐射的基本概念 203

8.1.2 时谐场的滞后位 204

8.1.3 电磁对偶性原理 205

8.2 基本振子的辐射 206

8.2.1 基本电振子的辐射 206

8.2.2 基本磁振子的辐射 210

8.3 天线的基本参数 213

8.3.1 天线的方向图及其有关参数 213

8.3.2 效率 216

8.3.3 增益系数 216

8.3.4 有效长度 217

8.3.5 输入阻抗 217

8.3.6 天线的极化 217

8.4 对称振子天线 218

8.4.1 对称振子的电流分布与远区辐射场 218

8.4.2 对称振子的方向图与辐射电阻 219

8.4.3 对称振子的有效长度 222

8.5 天线阵 222

8.5.1 二元阵 223

8.5.2 导电体对天线的影响 228

8.5.3 均匀直线阵 229

8.6 互易定理与接收天线 232

8.6.1 互易定理 232

8.6.2 接收天线 233

习题 238

下篇 微波技术基础 243

第9章 传输线理论 243

9.1 传输线的分布参数及其等效电路 243

9.2 一般形式传输线的方程及其解 244

9.2.1 一般形式传输线的方程 244

9.2.2 均匀传输线方程的解 246

9.2.3 传输线的等效电路参量和工作特性参量 248

9.3 输入阻抗和反射系数 252

9.3.1 输入阻抗 252

9.3.2 反射系数 252

9.3.3 输入阻抗与反射系数间的关系 253

9.4 均匀无耗传输线端接不同负载时的工作状态 254

9.4.1 行波工作状态 254

9.4.2 纯驻波工作状态 256

9.4.3 行驻波工作状态 258

9.5 传输线的传输功率与回波损耗 262

9.5.1 传输功率 262

9.5.2 回波损耗和插入损耗 263

9.6 圆图 265

9.6.1 阻抗圆图 265

9.6.2 导纳圆图 268

9.7 传输线的阻抗匹配 270

9.7.1 阻抗匹配的概念 270

9.7.2 λ/4阻抗变换器 271

9.7.3 支节匹配器 273

习题 275

第10章 规则传输系统（Ⅱ）——集成传输系统 281

10.1 TEM模和准TEM模传输线 282

10.1.1 微带传输线 282

10.1.2 共面波导 300

10.1.3 基片集成波导 301

10.2 非TEM模传输线 302

10.2.1 槽线 302

10.2.2 鳍线 303

10.3 开放式介质波导 303

10.3.1 混合模的特点 304

10.3.2 圆形介质波导 304

10.3.3 其他开放式介质波导简介 311

10.4 半开放式介质波导 311

10.4.1 H波导 311

10.4.2 G波导 312

10.4.3 无辐射介质（NRD）波导 312

习题 313

第11章 微波谐振腔 315

11.1 金属谐振腔的基本特性及其参量 315

11.1.1 基本特性 315

11.1.2 基本参量 316

11.2 金属波导型谐振腔 320

11.2.1 矩形谐振腔 320

11.2.2 圆柱形谐振腔 325

11.2.3 同轴形谐振腔 331

11.2.4 应用实例——波长计 335

11.2.5 金属谐振腔的微扰 336

11.3 微带谐振腔 339

11.4 谐振腔的等效电路、耦合与激励 341

11.4.1 孤立谐振腔的等效电路 341

11.4.2 谐振腔的激励与耦合 343

习题 344

第12章 微波网络基础 347

12.1 等效原理 348

12.1.1 色散传输系统等效为均匀传输线 348

12.1.2 阻抗、电压和电流的归一化 350

12.1.3 不均匀性区域等效为网络 351

12.2 阻抗、导纳和转移矩阵 354

12.2.1 阻抗和导纳矩阵 354

12.2.2 转移矩阵 356

12.3 散射矩阵 360

12.3.1 散射参量的定义 360

12.3.2 ［S］同［z］，［y］及［a］（或［Z］，［Y］及［A］）间的转换关系 363

12.3.3 散射矩阵的性质 365

12.3.4 参考面移动对网络散射参量的影响 368

12.3.5 散射参量的测量 369

12.4 基本电路单元的网络参量 370

12.5 二端口网络的工作特性参量 374

12.5.1 电压传输系数 374

12.5.2 相移 374

12.5.3 插入衰减和功率（工作）衰减 376

12.5.4 输入驻波系数 377

习题 378

第13章 微波无源元件 383

13.1 一端口互易元件 383

13.1.1 匹配负载 383

13.1.2 短路活塞 384

13.2 二端口互易元件 385

13.2.1 连接元件 385

13.2.2 衰减元件（衰减器） 387

13.2.3 相移元件（移相器） 388

13.2.4 用矩形波导不均匀性实现的元件 389

13.2.5 微波集成电路中的集中电路元件和用不均匀性实现的元件 390

13.2.6 阻抗匹配和变换元件 393

13.2.7 模式变换元件（转换接头） 396

13.2.8 微波滤波器 398

13.3 三端口互易元件 409

13.3.1 无耗三端口网络的基本性质 409

13.3.2 波导T形接头 410

13.3.3 两路功率分配器 411

13.4 四端口互易元件 413

13.4.1 无耗互易四端口网络的基本性质 413

13.4.2 波导双T和魔T 414

13.4.3 定向耦合器 416

13.5 微波非互易元件——微波铁氧体器件 424

13.5.1 相对张量磁导率和铁磁谐振 425

13.5.2 法拉第旋转效应 427

13.5.3 几种常用的铁氧体器件 428

习题 432

第14章 天线（Ⅱ）——线天线和面天线 437

14.1 线天线 437

14.1.1 对称振子的输入阻抗、馈电方法及折合振子 437

14.1.2 直立振子天线 442

14.1.3 水平对称振子天线 445

14.1.4 螺旋天线 447

14.1.5 引向天线 450

14.1.6 非频变天线 455

14.2 面天线 458

14.2.1 基本面元和基本缝隙的辐射 458

14.2.2 平面口径的辐射 461

14.2.3 喇叭天线 468

14.2.4 旋转抛物面天线 473

14.2.5 双反射面天线 479

14.2.6 隙缝天线 483

14.2.7 微带天线 485

习题 489

附录A 常用正交曲线坐标系中的场论恒等式 492

附录B 常用材料的参数和物理常数 494

附录C 标准矩形波导参数和型号对照 496

附录D 同轴线参数表 497

附录E 各种电路单元的归一化网络参量 499

附录F 阻抗圆图 500

参考文献 501