电磁场理论与电磁波应用PDF电子书下载

上篇 理论篇——电磁场基础知识 3

第1章 矢量分析 3

1.1标量、矢量及其运算 3

1.1.1标量和矢量 3

1.1.2矢量的代数运算 4

1.2矢量场的通量与散度 5

1.2.1矢量场的矢量线 5

1.2.2矢量的通量 6

1.2.3矢量场的散度 7

1.3矢量场的环量与旋度 8

1.3.1环量的定义 8

1.3.2旋度 9

1.4标量场的梯度 11

1.4.1标量场的等值面 11

1.4.2方向导数 11

1.4.3标量场的梯度 12

1.5三种常用的正交坐标系 13

1.6拉普拉斯运算与格林定理 18

1.6.1拉普拉斯运算 18

1.6.2格林定理 18

1.7亥姆霍兹定理 19

习题 20

第2章 静电场 22

2.1电场的基本性质 22

2.1.1电荷与电荷分布 22

2.1.2库仑定律 24

2.1.3电场强度 24

2.2真空中静电场的基本方程 25

2.2.1静电场的散度与高斯定理 26

2.2.2电场的旋度与静电场的环路定理 26

2.2.3静电场的性质 27

2.3电位函数 28

2.3.1电位的定义 28

2.3.2电位的表达式 29

2.4电介质的极化与极化强度 30

2.4.1介质的极化 30

2.4.2极化电荷与极化强度矢量的关系 31

2.5介质中的高斯定理与边界条件 33

2.5.1介质中的高斯定理 33

2.5.2边界条件 35

2.6导体系统的电容 38

2.6.1静电场中的导体 38

2.6.2导体系统的电容 39

2.7电场能量 静电力 42

2.7.1电场能量 42

2.7.2静电力 44

习题 46

第3章 恒定电场 49

3.1电流与电流密度 49

3.2电荷守恒定律与电流连续性方程 50

3.3恒定电场的基本方程 51

3.3.1恒定电场的基本方程 51

3.3.2恒定电场的电位 52

3.3.3导电媒质中的电荷分布 52

3.4恒定电场的边界条件 52

3.5能量损耗与电动势 54

3.5.1焦耳定律 54

3.5.2电动势 54

3.5.3接地电阻 56

3.6恒定电场的边值问题 57

3.6.1恒定电场与静电场的类比 57

3.6.2恒定电场的求解方法 57

习题 61

第4章 恒定磁场 65

4.1恒定磁场的实验定律与磁感应强度 65

4.1.1安培力定律 65

4.1.2磁感应强度 66

4.1.3磁通连续性原理 67

4.2安培环路定律 69

4.2.1安培环路定律 69

4.2.2磁场强度 71

4.2.3磁化率 71

4.3矢量磁位 71

4.4介质的磁化 74

4.4.1磁化强度 74

4.4.2媒质磁化后的磁效应 75

4.4.3安培环路定律的一般形式 77

4.4.4磁介质中恒定磁场基本方程 78

4.5磁标量位 80

4.5.1磁标量位的概念 80

4.5.2磁标量位的多值性 80

4.5.3标量位的微分方程 81

4.6媒质分界面上的边界条件 81

4.6.1磁场强度H所满足的分界面边界条件 81

4.6.2磁感应强度应满足的分界面边界条件 82

4.6.3折射定律 83

4.6.4用磁矢量位表示的媒质分界面边界条件 83

4.7电感 84

4.8磁场能量与力 87

4.8.1恒定磁场中的能量 87

4.8.2电磁能量的分布 89

4.8.3磁场力 90

习题 91

第5章 静态场的边值问题 94

5.1边值问题的提出 94

5.1.1边值问题的分类 94

5.1.2唯一性定理 94

5.2镜像法 96

5.2.1导体平面的镜像 97

5.2.2导体球面的镜像 99

5.2.3线电荷对导体圆柱面的镜像 102

5.2.4点电荷对无限大介质平面的镜像 103

5.3分离变量法 104

5.3.1直角坐标系中的分离变量法 105

5.3.2柱坐标中的分离变量法 107

5.3.3球坐标中的分离变量法 112

5.4有限差分法 116

5.4.1有限差分方程 117

5.4.2差分方程的求解 118

5.5复变函数法 119

习题 119

第6章 时变电磁场 122

6.1法拉第电磁感应定律 122

6.1.1电磁感应定律 122

6.1.2法拉第电磁感应定律的积分与微分形式 123

6.1.3电磁感应定律的意义 124

6.2位移电流 124

6.2.1问题的提出 124

6.2.2位移电流假设 124

6.3麦克斯韦方程 126

6.3.1麦克斯韦方程组 126

6.3.2麦氏方程的限定形式和非限定形式 127

6.4时变电磁场的边界条件 128

6.4.1时变电磁场的边界条件 128

6.4.2两种特殊情况 129

6.5坡印廷定理和坡印廷矢量 131

6.5.1坡印廷定理 131

6.5.2坡印廷矢量 132

6.6正弦电磁场 132

6.6.1正弦电磁场的复数表示法 132

6.6.2麦克斯韦方程的复数形式 134

6.6.3复坡印廷矢量 134

6.7波动方程 136

6.8动态矢量位和标量位 137

6.8.1动态矢量位和标量位的定义 137

6.8.2达朗贝尔方程 137

6.8.3小结 138

习题 139

中篇 应用篇——电磁波及其基础应用 143

第7章 平面电磁波 143

7.1均匀平面波 143

7.2理想介质中的均匀平面波 143

7.2.1沿十z轴方向传播的均匀平面波 143

7.2.2沿任意方向传播的均匀平面波 144

7.2.3均匀平面波的性质 144

7.3导电媒质中的均匀平面波 147

7.3.1导电媒质中的波动方程及其解 147

7.3.2导体中均匀平面波的性质 148

7.3.3讨论 149

7.3.4相速和群速 151

7.4电磁波的极化 152

7.4.1线极化波 153

7.4.2圆极化平面波 153

7.4.3椭圆极化平面波 154

7.5平面边界上的反射和折射 156

7.5.1任意方向传播的平面波 156

7.5.2 Snell定律 157

7.5.3反射系数和透射系数 158

7.5.4无反射和全反射 159

7.5.5导电介质中的折射波 161

7.6波速 163

习题 165

第8章 传输线理论 168

8.1均匀传输线理论概述 168

8.1.1导波形式及传输线的分类 168

8.1.2双导线型传输线基本要求以及分布参数 169

8.1.3传输线分析方法 170

8.2传输线方程及其解 170

8.2.1均匀双导体传输线的分布参数及其等效电路 170

8.2.2电路方程及其解 171

8.2.3无耗传输线的基本特性 173

8.3均匀无耗传输线的等效 177

8.3.1行波工作状态 177

8.3.2纯驻波工作状态 178

8.3.3行驻波工作状态 181

8.4圆图及其应用 182

8.4.1等反射系数圆 183

8.4.2阻抗圆图 183

8.4.3导纳圆图 186

8.4.4圆图应用举例 187

8.5有耗传输线 189

8.5.1有耗传输线的特性参数 189

8.5.2有耗传输线上的电压、电流和阻抗的分布 191

8.5.3有耗线上传输效率的计算 191

8.6双导线与同轴线 192

8.6.1平行双导线 192

8.6.2同轴线 193

8.6.3同轴线中不连续性的等效电路 194

8.7传输线的匹配 195

8.7.1三种匹配状态及其匹配方法 195

8.7.2阻抗匹配网络 196

习题 199

第9章 规则波导 201

9.1导波原理 201

9.1.1规则金属管内电磁波 201

9.1.2传输特征 202

9.1.3导行波的分类 204

9.2矩形波导 205

9.2.1矩形波导中的场 205

9.2.2矩形波导的传输特性 207

9.2.3主模TE10波 209

9.2.4矩形波导尺寸选择原则 212

9.3圆形波导 213

9.3.1圆波导中的场 213

9.3.2圆波导的传输特性 216

9.3.3圆波导中几种常用模式 218

9.4波导的激励与耦合 219

9.4.1探针激励 220

9.4.2环激励 220

9.4.3孔（缝）激励 220

习题 221

第10章 微波集成传输线 223

10.1带状线 224

10.1.1特性阻抗 224

10.1.2带状线的衰减常数 225

10.1.3相速和波导波长 226

10.1.4带状线的尺寸选择 226

10.2微带线 226

10.2.1特性阻抗与相速 227

10.2.2波导波长 230

10.2.3微带线的衰减常数 230

10.2.4微带线的色散特性 231

10.2.5微带尺寸的选择 232

10.3耦合微带线 233

10.3.1奇偶模分析方法 233

10.3.2奇偶模分别激励时耦合传输线方程的解 234

10.4其他形式平面传输线 237

10.4.1悬置微带线和倒置微带线 237

10.4.2槽线 237

10.4.3共面传输线 238

习题 238

第11章 微波网络基础 239

11.1微波系统等效为网络 240

11.1.1等效电压和等效电流 240

11.1.2不均匀区域等效为网络 242

11.1.3单端口网络 243

11.2阻抗、导纳和转移参量 244

11.2.1阻抗参量 244

11.2.2导纳矩阵 245

11.2.3转移矩阵 246

11.3散射矩阵与传输矩阵 248

11.3.1散射矩阵 249

11.3.2传输矩阵 250

11.3.3散射参量与其他参量转换 251

11.3.4 S参数测量 252

11.3.5多端口网络的散射矩阵 253

11.4基本电路单元的参量矩阵 254

11.5微波网络的工作特性参数 255

11.5.1电压传输系数T 255

11.5.2插入相移 255

11.5.3插入驻波比 256

11.5.4插入衰减 256

习题 257

第12章 微波元件 260

12.1连接匹配元件 260

12.1.1终端负载元件 260

12.1.2微波连接元件 262

12.1.3阻抗匹配元件 264

12.2功率分配元件 268

12.2.1定向耦合器 268

12.2.2功率分配器 273

12.2.3波导分支器 275

12.3微波谐振器 277

12.3.1微波谐振器的基本参量 278

12.3.2矩形空腔谐振器 279

12.3.3微带谐振器 280

12.3.4谐振器的耦合和激励 281

12.4微波铁氧体元件 282

12.4.1隔离器 282

12.4.2铁氧体环行器 285

习题 286

下篇 实践篇——电磁场与电磁波实验 291

第13章 实践训练 291

13.1微波测量系统的认识与调试 291

13.2晶体检波器校准 294

13.3驻波比的测量 297

13.4阻抗测量与阻抗匹配 300

附录1 常用矢量分析公式 305

附录2 Simth圆图 307

参考文献 311