电磁波、天线与电波传播PDF电子书下载

第1章 电磁场基本理论 1

1.1 电磁场的基本定律和电磁场方程的建立 1

1.1.1 电磁场的基本定律和定理 1

1.1.1.1 电荷守恒定律 1

1.1.1.2 库仑定律及其推论 4

1.1.1.3 安培定律及其推论 10

1.1.1.4 电磁感应定律 14

1.1.1.5 洛仑兹力公式 14

1.1.2 电磁场方程的建立 14

1.2 媒质特性方程与电磁场方程 16

1.2.1 媒质特性方程与时变电磁场方程 16

1.2.1.1 媒质特性方程 16

1.2.1.2 时变电磁场方程 20

1.2.2.1 余弦实函数的复数表示 22

1.2.2 时谐媒质特性方程与时谐电磁场方程 22

1.2.2.2 余弦电磁场与时谐电磁场 24

1.2.2.3 时谐媒质特性方程 24

1.2.2.4 时谐电磁场方程 26

1.3 电磁场波动方程 29

1.3.1 时变电磁场波动方程 29

1.3.2 时谐电磁场波动方程（亥姆霍兹方程） 30

1.4 电磁场边值关系 32

1.4.1 时变电磁场边值关系 32

1.4.2 时谐电磁场边值关系 35

1.5 电磁场的能量 36

1.5.1 时变电磁场的能量 36

1.5.2 时谐电磁场的能量 37

1.6 电磁场唯一性定理 40

1.7.1 时变电磁场的位函数 41

1.7 电磁场的位函数 41

1.7.2 时谐电磁场的位函数 43

1.7.2.1 时谐电磁场显式方程的位函数（磁矢量位） 44

1.7.2.2 时谐电磁场隐式方程的位函数（电磁矢量位） 47

1.7.3 标量波函数 57

1.7.3.1 直角坐标系中的标量波函数 57

1.7.3.2 圆柱坐标系中的标量波函数 60

1.7.3.3 球坐标系中的标量波函数 68

1.7.4 格林函数 72

1.7.4.1 δ函数 72

1.7.4.2 亥姆霍兹方程的格林函数 73

1.7.4.3 非齐次矢量亥姆霍兹方程的积分解 75

1.8.1 广义电磁场方程 77

1.8.1.1 广义时变电磁场方程 77

1.8 广义电磁场 77

1.8.1.2 广义时谐电磁场方程 80

1.8.2 广义电磁场波动方程 82

1.8.2.1 广义时变电磁场波动方程 82

1.8.2.2 广义时谐电磁场波动方程（亥姆霍兹方程） 83

1.8.3 广义电磁场边值关系 84

1.8.3.1 广义时变电磁场边值关系 84

1.8.3.2 广义时谐电磁场边值关系 84

1.8.4 广义电磁场唯一性定理 85

1.8.5 广义电磁场位函数 85

1.8.5.1 广义时变电磁场位函数 85

1.8.5.2 广义时谐电磁场位函数 87

1.8.6 广义电磁场方程的积分解 90

1.8.6.1 线性各向同性媒质中广义电磁场方程的积分解 90

1.8.6.2 均匀线性各向同性媒质中广义电磁场方程的积分解 93

1.8.6.3 边界面上的积分表示式 95

1.9习题 96

第2章 均匀媒质中的平面电磁波 98

2.1 齐次波动方程的解与平面波 98

2.2 均匀理想介质中的平面电磁波 101

2.3 均匀线性各向同性媒质中的余弦平面波 102

2.3.1 均匀理想介质中的余弦平面波 102

2.3.1.1 平面波解 102

2.3.1.2 波的特性 104

2.3.2 均匀导电媒质中的余弦平面波 113

2.3.2.1 平面波解 113

2.3.2.2 波的特性 115

2.3.2.3 不良导体与良导体 117

2.3.3 均匀线性各向同性媒质中的余弦平面波 118

2.4.1.1 均匀磁化等离子体的媒质特性方程 119

2.4.1 均匀磁化等离子体中的余弦平面波 119

2.4 均匀线性各向异性媒质中的余弦平面波 119

2.4.1.2 均匀磁化等离子体中的时谐场方程 121

2.4.1.3 均匀磁化等离子体中的余弦平面波 122

2.4.2 均匀磁化铁氧体中的余弦平面波 128

2.4.2.1 均匀磁化铁氧体的媒质特性方程 128

2.4.2.2 均匀磁化铁氧体的时谐场方程 129

2.4.2.3 均匀磁化铁氧体中的余弦平面波 129

2.4.2.4 均匀磁化等离子体与均匀磁化铁氧体的对偶关系 130

2.4.2.5 均匀磁化等离子体与均匀磁化铁氧体的波数与场解 131

2.5习题 134

第3章 分层媒质中的平面电磁波（反射与透射） 137

3.1 平面电磁波对平面界面垂直入射时的反射与透射 137

3.1.1 平面电磁波对单平面界面的垂直入射 137

3.1.1.1 理想介质－理想导体界面 138

3.1.1.2 理想介质－理想介质界面 140

3.1.2.1 理想介质－理想介质理想介质界面 142

3.1.2 均匀平面电磁波对双平行平面界面的垂直入射 142

3.1.2.2 理想介质－理想介质－理想导体界面 146

3.1.3 均匀平面电磁波对多平行平面界面的垂直入射 147

3.2 平面电磁波对平面界面斜入射时的反射与透射 149

3.2.1 平面电磁波对单平面界面的斜入射 149

3.2.1.1 理想介质－理想介质界面 149

3.2.1.2 理想介质－理想导体界面 159

3.2.1.3 理想介质－导电媒质界面 161

3.2.2 均匀平面电磁波对双平行平面界面的斜入射 166

3.2.3 均匀平面电磁波对多平行平面界面的斜入射 169

3.3习题 171

第4章 导行电磁波与电磁谐振（波导与谐振腔） 174

4.1 柱坐标系中时谐平面电磁波的传播特性 174

4.2.1 矩形金属波导 177

4.2 导行电磁波（金属波导） 177

4.2.2 圆金属波导 184

4.2.3 同轴线（圆环金属波导） 188

4.2.4 扇形喇叭金属波导 191

4.3 电磁谐振（金属谐振腔） 196

4.3.1 矩形金属谐振腔 196

4.3.2 圆柱金属谐振腔 199

4.3.3 球形金属谐振腔 202

4.4习题 205

第5章 电磁波的散射与绕射（衍射） 206

5.1 电磁波的散射 207

5.1.1 电磁散射及其基本参数 207

5.1.2 圆柱对平面波的散射 210

5.1.2.1 理想导体圆柱对平面波的散射 210

5.1.2.2 理想介质圆柱对平面波的散射 218

5.1.3.1 理想导体球对平面波的散射 224

5.1.3 球对平面波的散射 224

5.1.3.2 介质球对平面波的散射 233

5.2 电磁波的绕射（衍射） 242

5.2.1 口面绕射 243

5.2.1.1 口面的电磁场 243

5.2.1.2 口面的绕射场 244

5.2.1.3 平面口面的绕射场 245

5.2.2 电波传播的主区与直边菲涅尔绕射 246

5.2.2.1 电波传播的主区 246

5.2.2.2 直边菲涅尔绕射 248

5.2.2.3 菲涅尔积分 250

5.3习题 252

6.1.1 天线的基本概念 254

第6章 电磁波的辐射（天线） 254

6.1 天线的基本原理 254

6.1.2 基本辐射元 255

6.1.2.1 电流元 255

6.1.2.2 磁流元 259

6.1.2.3 辐射场的一般形式 260

6.1.3 天线的特性参数 261

6.1.3.1 发射天线的特性参数 261

6.1.3.2 接收天线的特性参数 265

6.2 天线阵 269

6.2.1 方向图乘积定理 269

6.2.2 二元天线阵 270

6.2.2.1 二元天线阵原理 270

6.2.2.2 地面对天线性能的影响 271

6.2.3.1 一般直线天线阵 274

6.2.3 直线天线阵 274

6.2.3.2 均匀直线天线阵 275

6.2.4 平面天线阵 284

6.2.4.1 矩形网格平面天线阵 284

6.2.4.2 圆天线阵 286

6.3 线天线 286

6.3.1 振子类天线 286

6.3.1.1 对称振子 286

6.3.1.2 水平振子天线 302

6.3.1.3 折合振子天线 304

6.3.1.4 引向天线 304

6.3.1.5 垂直振子天线 306

6.3.1.6 正交振子天线 308

6.3.2 非振子类天线 309

6.3.2.1 行波线天线 309

6.3.2.2 小圆环天线 311

6.3.2.3 螺旋天线 312

6.3.2.4 缝隙天线 315

6.4 面天线 317

6.4.1 平面口面场的辐射 317

6.4.1.1 一般平面口面场的辐射 317

6.4.1.2 线极化平面口面场的辐射 319

6.4.1.3 矩形口面场的辐射 320

6.4.1.4 圆形口面场的辐射 323

6.4.2 喇叭天线 324

6.4.2.1 喇叭天线概述 324

6.4.2.2 H面扇形喇叭天线 325

6.4.2.3 E面扇形喇叭天线 330

6.4.2.4 角锥喇叭天线 334

6.4.2.5 圆锥喇叭天线 336

6.4.3.1 旋转抛物面天线 338

6.4.3 反射面天线 338

6.4.3.2 卡塞格伦天线 345

6.5习题 347

第7章 地球环境中的无线电波（电波传播） 349

7.1 电波传播的基本概念 349

7.1.1 电磁波的频谱 349

7.1.2 电波传播的方式 350

7.1.3 自由空间中的传播电波 352

7.1.4 媒质对电波传播的影响 353

7.2 地波（地面波） 354

7.2.1 地球表面的电磁特性 355

7.2.2 地波的场结构与传播特性 355

7.3 天波（电离层波） 358

7.3.1 电离层 358

7.3.2.1 电离层中的时谐电磁场方程 360

7.3.2 无线电波在电离层中的传播 360

7.3.2.2 电离层的折射、反射与吸收 361

7.4 空间波（直射波） 363

7.4.1 地面对电波传播的影响 363

7.4.1.1 视线距离与传播余隙 363

7.4.1.2 地面反射对电波传播的影响 364

7.4.2 大气对电波传播的影响 366

7.4.2.1 电波在对流层中的折射 366

7.4.2.2 大气吸收与降雨影响 367

7.5习题 368

第8章 时不变电磁场 370

8.1 静电场 370

8.1.1 静电场基本方程 370

8.1.2 静电位 371

8.1.3 静电场边值关系 373

8.1.4 分布型位场的计算方法和实例 376

8.1.5 静电场中的导体和电容 387

8.1.5.1 静电场中的导体 387

8.1.5.2 导体的电容 388

8.1.6 静电场能量 392

8.1.7 静电场唯一性定理 396

8.1.8 静电场边值问题 397

8.1.8.1 常微分方程法 397

8.1.8.2 镜像法 399

8.1.8.3 分离变量法 409

8.1.8.4 复变函数法 435

8.2 恒定电场 439

8.2.1 恒定电场基本方程 440

8.2.2 导体中的恒定电场 440

8.2.3 导体的电阻与电导 442

8.3 恒定磁场 443

8.3.1 恒定磁场基本方程 443

8.3.2 磁矢量位 444

8.3.3 恒定磁场边值关系 447

8.3.4 磁标量位 447

8.3.5 电感 449

8.3.6 恒定磁场的能量 450

8.3.7 恒定磁场位场的计算方法 451

8.4习题 454

附录 457

附录A 矢量分析与正交曲线坐标系 457

附录B 特殊函数 469

附录C 常用符号（单位）一览表 482

参考文献 483