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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 波动特征 11

1.4 时谐标量波的复数表示 15

1.4.1 用复数“表示”时谐标量波 15

1.4.2 两时谐标量波乘积的时间平均值 18

1.5 电磁波谱 19

1.5.1 电磁波谱图 19

1.5.2 电磁波大气传输窗口 20

1.5.3 不同波段电磁波的传播特性及其应用 21

1.6.1 标量、矢量与场 22

1.6 矢量分析与场论 22

1.6.2 标量场的等值面与梯度 26

1.6.3 矢量场的通量与散度 28

1.6.4 矢量场的环量与旋度 31

1.6.5 矢量运算的几个恒等关系 35

1.6.6 矢量场的分类与亥姆霍兹定理 37

1.6.7 格林定理 38

1.7 正交坐标系 40

1.7.1 圆柱坐标系 40

1.7.2 球坐标系 42

1.7.3 坐标变换 44

1.7.4 坐标单位矢量对空间坐标的偏导数 46

1.7.5 梯度、散度和旋度在柱坐标与球坐标系下表达式 48

1.8 电荷与电流分布的模型 49

本章要点 51

习题 53

2.1 传输线的等效电路模型与传输线方程及其解 55

2.1.1 传输线的等效电路模型 55

第2章 传输线基本理论与圆图 55

2.1.2 传输线方程及其解 58

2.1.3 传输线的特征参数 62

2.2 描述传输线状态的特征量沿传输线的变换 64

2.2.1 描述传输线状态的特征量沿传输线变换的关系式 65

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 68

2.3 传输功率与传输效率 77

2.3.1 传输功率 77

2.3.2 传输效率 79

2.4 传输线圆图 80

2.4.1 反射系数圆与阻抗圆图 81

2.4.2 导纳圆图 84

2.5 圆图应用举例 86

2.6 阻抗匹配及阻抗匹配器 92

2.6.1 λ/4变换器 93

2.6.2 并联支路可变电纳匹配器 94

2.7 耦合传输线 100

2.7.1 奇、偶模分析 100

2.7.2 耦合微带线满足的方程及其解 102

2.7.3 微带双分支定向耦合器 105

2.8 传输线的瞬态响应 107

2.8.1 时域分析 107

2.8.2 频域分析 111

本章要点 111

习题 112

3.1 积分与微分形式的麦克斯韦方程 116

3.1.1 从库仑定理到高斯定理 116

第3章 麦克斯韦方程 116

3.1.2 磁通连续性原理 118

3.1.3 法拉第电磁感应定理 119

3.1.4 安培全电流定理 120

3.1.5 积分与微分形式的麦克斯韦方程组 122

3.2 复矢量与时谐场的麦克斯韦方程组 124

3.2.1 时谐矢量的复矢量表示与时谐场的麦克斯韦方程组 124

3.2.2 两时谐矢量叉积时间平均值的计算 127

3.3 电流连续性原理 127

3.4 物质的本构关系 128

3.5.1 洛伦兹力方程 132

3.5 洛伦兹力 132

3.5.2 等离子体 133

3.6 坡印廷定理 134

3.7 电磁场的几个基本原理和定理 139

3.7.1 叠加定理 139

3.7.2 时变电磁场的唯一性定理 139

3.7.3 镜像原理 140

3.7.4 等效原理 140

3.7.5 对偶定理 141

3.7.6 互易定理 142

本章要点 145

习题 147

第4章 均匀平面波 149

4.1 波方程 149

4.2 平面电磁波 150

4.3 极化 155

4.4 有耗介质中的平面波 159

4.5 色散与群速 164

4.6.1 TEM模传播的传输线模型 167

4.6 平面波传播的传输线模型 167

4.6.2 TE模传播的传输线模型 168

4.6.3 TM模传播的传输线模型 169

4.6.4 电磁波传播传输线模型的一般证明 171

本章要点 177

习题 178

第5章 波的反射与折射及多层介质中波的传播 181

5.1 边界条件 182

5.2 介质交界面的反射与折射 185

5.2.1 介质交界面对TE波（或垂直极化波）的反射与折射 186

5.2.2 介质交界面对TM波的反射与折射 192

5.3 临界角与布儒斯特角 197

5.3.1 临界角 197

5.3.2 布儒斯特（Brewster）角 200

5.4 吸收介质边界上的反射和折射 201

5.5 介质－导体交界面的反射 203

5.5.1 平面波从完纯导体表面的反射 204

5.5.2 电离层的反射 208

5.6.1 单层介质系统的波动分析与射线分析 210

5.6 多层平板介质中波的传播 210

5.6.2 多层平板介质系统中波的传播 213

5.7 多层平板介质系统瞬态响应的传输线模型分析 221

本章要点 227

习题 228

第6章 波导 232

6.1 概述 232

6.1.1 波导的基本特征 232

6.2 矩形波导 234

6.1.2 波导的特征参数 234

6.2.1 矩形波导的传输线模型 235

6.2.2 模式函数与场分布 235

6.2.3 色散特性 241

6.2.4 特征阻抗与等效阻抗 245

6.2.5 矩形波导管壁的电流 247

6.2.6 矩形波导的损耗 248

6.2.7 矩形波导的激励与耦合 251

6.2.8 矩形波导元件 254

6.3 圆波导 258

6.3.1 用纵向场量表示横向场量 259

6.3.2 场分布与截止特性 260

6.4 平板介质波导 268

6.4.1 平板介质波导的横向谐振原理 269

6.4.2 单层平板介质光波导 271

6.4.3 条形介质光波导的近似分析——EDC法 278

6.5 光纤的射线分析 282

6.6 光纤的波动分析 286

6.6.1 分析模型、场分量表达式与特征方程 287

6.6.2 线偏振模及其截止特性与场分布 291

6.6.3 归一化参量与色散 298

6.6.4 无源光器件 303

本章要点 307

习题 308

第7章 谐振器 311

7.1 结构特点及其等效电路 311

7.1.1 集总式谐振器与分布式谐振器 311

7.1.2 分布式谐振器的等效电路 312

7.1.3 谐振器结构类型 314

7.2 谐振器的特征参数 315

7.2.1 谐振频率 316

7.2.2 品质因数 316

7.3 空腔谐振器 318

7.3.1 传输线型空腔谐振器的色散关系 319

7.3.2 矩形空腔谐振器的场分布 320

7.3.3 微扰近似下品质因数的计算 322

7.3.4 波长计 324

7.4 微带谐振器 326

7.5 介质谐振器 328

7.6 开放式谐振器 331

7.7 谐振器与传输线的耦合 334

7.7.1 耦合的方式 334

7.7.2 传输线与谐振器耦合的等效电路 335

7.7.3 谐振器特征参数的测量 337

本章要点 341

习题 342

8.1 概述 345

第8章 天线 345

8.2 标量和矢量位函数及其解 350

8.3 电基本振子的辐射 353

8.3.1 电基本振子 353

8.3.2 电基本振子辐射的电磁场 355

8.3.3 电基本振子的特性 356

8.4 磁基本振子的辐射、电振子与磁振子的对偶性 361

8.5 线天线 364

8.5.1 短振子天线 365

8.5.2 中心激励半波振子天线 366

8.5.3 中心激励振子天线 368

8.5.4 单极天线 369

8.6 列阵天线 370

8.7 口径天线 377

8.8 微带天线 382

8.9 传输方程与雷达方程 385

8.9.1 传输方程 385

8.9.2 雷达方程 387

本章要点 388

习题 389

第9章 波动专题 392

9.1 瑞利散射 392

9.2 傅里叶光学和全息 396

9.3 高斯光束 401

9.4 多普勒效应 405

9.5 电各向异性介质中平面波 409

9.5.1 各向异性介质中ε、μ的并矢表示 409

9.5.2 电各向异性介质中的波方程及其平面波解 410

9.5.3 寻常波与非寻常波 412

9.6 磁化铁氧体中的平面波及铁氧体器件 418

9.6.1 磁化铁氧体磁导率的张量表示 418

9.6.2 波方程及其平面波解 421

9.6.3 纵向传播的波与横向传播的波 422

9.6.4 铁氧体波导器件 425

本章要点 430

习题 431

10.1 静电场基本方程 433

第10章 静电场、电场力与能 433

10.2 静电位与静电场 434

10.2.1 静电位 434

10.2.2 静电场 437

10.2.3 高斯定律及其应用 441

10.2.4 从电场的线积分计算电位 445

10.3 在一定边值条件下解泊松方程与拉普拉斯方程 450

10.3.1 静电场的边界条件 451

10.3.2 静电场的唯一性定理 451

10.3.3 镜像法 452

10.3.4 拉普拉斯方程解法举例 454

10.3.5 泊松方程解法举例 457

10.4 电场力 459

10.4.1 在均匀电场E作用下荷电质点的运动 460

10.4.2 电场力应用举例 461

10.5 电场中的介质 465

10.6 功和能及电容 470

10.6.1 功和能 470

10.6.2 电容 479

本章要点 486

习题 487

第11章 恒定电场与恒定磁场 492

11.1 恒定电场 492

11.1.1 基本方程 492

11.1.2 欧姆定理 493

11.1.4 基尔霍夫电流定理 494

11.1.5 边界条件 494

11.1.3 焦耳定理 494

11.1.6 恒定电场和静电场的类比 496

11.2 恒定磁场 498

11.2.1 基本方程 498

11.2.2 恒定磁偶极子 500

11.2.3 利用安培定理求恒定磁场 501

11.3 磁场对电流的作用——磁力和转矩 505

11.4 磁场能与电感 512

11.5 磁场中的介质 516

11.6 磁性材料和磁路 520

本章要点 529

习题 530

第12章 波导器件的等效网络分析 534

12.1 波导器件的分类与等效网络表示 534

12.1.1 按与系统连接端口数对器件进行分类 534

12.1.2 N端口器件的网络表示及其能量关系 535

12.2 N端口网络的矩阵表示 537

12.2.1 阻抗矩阵［Z］与导纳矩阵［Y］ 537

12.2.2 散射矩阵［S］ 539

12.2.3 转移矩阵［A］和传输矩阵［T］ 543

12.3 无源、互易和无耗网络矩阵特性 551

12.3.1 互易网络散射矩阵的对称性，即Smk=Skm 551

12.3.2 无源微波电路的耗散矩阵[D]=[l]-[S]+[S]为非负厄米矩阵，且｜Smk｜≤1 552

12.3.3 无耗网络的散射矩阵是么正的 553

12.3.4 参考面移动时S参数的幅值不变 553

12.4 波导器件的等效网络矩阵特性 554

12.4.1 一端口器件与一端口网络 554

12.4.2 二端口器件与二端口网络 555

12.4.3 三端口器件与三端口网络 558

12.4.4 四端口器件与四端口网络 561

本章要点 566

习题 567

第13章 波导及波导器件等效网络参数的数值模拟 569

13.1 矩形波导分叉不连续面的等效网络表示 569

13.2 条形介质波导的模式匹配分析 575

13.2.1 横向等效网络 576

13.2.2 表示y方向场分布的模式函数？(y) 577

13.2.3 x方向等效传输线模型 580

13.2.4 内外区域交界面的横向等效网络表示 582

13.2.5 横向谐振与色散方程 584

13.3 微带线的谱域分析 585

13.3.1 微带线工作于混合模 585

13.3.2 分析模型及场量的积分方程表达式 586

13.3.3 用传输线模型求谱域格林函数 588

13.3.4 巴塞伐尔定理 593

13.3.5 用伽略金法得出微带线问题的解 593

13.4 介质谐振器的有限元分析 597

13.4.1 有限元法简介 598

13.4.2 圆柱形介质谐振器的有限元分析 602

13.5 时域有限差分方法（FDTD）的基本原理 604

13.5.1 麦克斯韦方程的差分近似 605

13.5.2 稳定性条件 607

13.5.3 边界条件 608

13.5.4 初始激励信号的选择 611

13.5.5 FDTD法数值解步骤 611

13.6 FDTD法模拟微带器件的等效网络参数 613

13.7.1 谐振法模拟二端口网络A参数 620

13.7 谐振法数值模拟波导器件的网络参数 620

13.7.2 谐振法模拟N端口网络S参数 622

本章要点 625

习题 625

主要参考书目 627

附录1：坐标与算符？ 629

附录2：矢量运算恒等关系 630

附录3：贝塞尔函数与三角函数、指数函数 631

附录4：材料常数 633