第一篇 场波基础篇 3
第1章 矢量分析基础 3
1.1标量与矢量 3
标量与矢量 3
标量场与矢量场 4
1.2矢量的运算 4
矢量的代数运算 5
矢量乘 5
矢量函数求导 7
矢量函数积分 8
1.3标量场的方向导数和梯度 8
标量场的等值面与等值线 8
标量场的方向导数 8
标量场的梯度 10
哈密顿算子 11
1.4矢量场的散度及高斯散度定理 12
矢量线 12
矢量场的通量 12
矢量场的散度 14
高斯散度定理 15
格林定理 16
1.5矢量场的旋度及斯托克斯定理 16
环量 16
旋度 17
斯托克斯定理 19
1.6曲面坐标系 21
直角坐标系 21
圆柱坐标系 22
球坐标系 23
1.7亥姆霍兹定理 24
小结 25
习题一 26
第2章 电磁场的基本物理量与定律 28
2.1电场基本规律 28
电荷与电荷分布 28
库仑定律与电场强度 29
电位 31
电偶极子 33
高斯定理及电位移矢量 34
泊松方程和拉普拉斯方程 36
2.2磁场基本定律 36
电流与电流密度 36
欧姆定律 38
焦耳定律 39
电流连续性方程 39
安培力定律与磁感应强度 41
磁通连续性定理与安培环路定律 43
矢量磁位 46
小结 48
习题二 49
第二篇 场波理论篇 55
第3章 静态电磁场中的介质 55
3.1静电场中的导体 55
3.2静电场中电介质的极化 56
物质的分类 56
介质的极化 57
极化强度与束缚电荷 57
极化介质产生的电位 59
3.3介质中的静电场方程 60
介质中的高斯定理 60
介质的分类 61
介电常数 61
3.4导体系统中的电容 64
孤立导体的电容 64
双导体电容器的电容 64
电位系数、电容系数及部分电容 65
3.5静电场的能量与电场力 68
静电能 68
静电力 70
3.6物质的磁化 72
磁偶极子 72
分子电流及分子磁矩 73
磁化强度 74
磁化电流 74
3.7磁介质中的磁场方程 76
磁介质中的安培环路定理 76
磁介质的磁导率 77
3.8标量磁位 78
3.9电感 79
磁链 79
互感 79
自感 80
3.10磁场能量与磁场力 82
磁场能量 82
磁场力 84
小结 85
习题三 87
第4章 静态场的边值问题 90
4.1恒定电磁场的边界条件 90
静电场的边界条件 90
恒定电流场的边界条件 92
恒定磁场的边界条件 93
4.2边值问题 95
边值问题的分类 95
唯一性定理 95
镜像法 96
分离变量法 101
有限差分法 107
有限元法 110
小结 113
习题四 114
第5章 时变电磁场 117
5.1法拉第电磁感应定律 117
5.2位移电流与安培-麦克斯韦全电流定律 120
位移电流 120
全电流连续性原理 121
安培-麦克斯韦全电流定律 122
5.3麦克斯韦方程组及其辅助方程 123
麦克斯韦方程组 123
麦克斯韦方程的辅助方程——结构方程 124
5.4时谐电磁场 126
时谐电磁场的复数表示方法 127
麦克斯韦方程组的复数形式 129
时谐电磁场中的介质特性 129
介质的分类 131
5.5时变电磁场的边界条件 131
一般情况 132
两种重要的特殊情况 135
时变电磁场的唯一性定理 136
洛伦兹力 137
5.6坡印廷定理和坡印廷定理矢量 137
坡印廷定理 137
坡印廷矢量 138
复坡印廷矢量 140
复数形式的坡印廷定理 140
5.7波动方程 142
一般波动方程 142
时谐电磁场的波动方程 144
5.8时变电磁场的位函数——矢量位和标量位 144
矢量位和标量位 145
矢量位和标量位满足的方程 145
小结 147
习题五 149
第6章 平面波 152
6.1基本概念 152
6.2理想介质中的平面波 152
理想介质中波动方程的均匀平面波解 153
均匀平面波的传播参数及传播特性 155
6.3导电介质中的平面波 161
导电介质中平面波的传播参数及传播特性 161
两种典型导电介质中平面波的传播特性 165
6.4电磁波的极化 168
极化的概念 168
平面波的极化形式 169
平面波的三种极化形式之间的关系 172
电磁波极化在工程中的应用 173
6.5电磁波的相速、视在相速和群速 174
相速 174
视在相速 174
群速 174
群速与相速的关系 175
6.6平面波在介质分界面上的传播规律 176
基本概念及基本定律 176
相位匹配条件 177
入射波的极化 178
反射定律与折射定律 178
反射系数与透射系数 179
6.7平面波在介质分界面上的垂直入射 180
平面波对理想导体的垂直入射 180
平面波对理想介质的垂直入射 183
平面波对多层介质分界面的垂直入射 188
6.8平面波在介质分界面上的斜入射 190
平面波对理想导体的斜入射 190
平面波对理想介质的斜入射 194
6.9平面波的全透射与全反射 196
全透射 196
全反射 197
小结 198
习题六 200
第三篇 场波应用篇 205
第7章 导行波 205
7.1导行波场的分析方法 205
导行波与导波系统的基本概念 205
传输系统中电磁波的分析方法 205
矢量亥姆霍兹方程及传输系统场方程 206
导行波波型的分类 207
导行波的传输特性 208
模式电压与模式电流 212
边界条件 215
7.2矩形波导 216
矩形波导中的TE波和TM波 216
矩形波导中的传输特性 218
矩形波导中的主模TE10. 220
7.3圆波导 222
圆波导中的模式 223
圆波导中的三个主要模式 225
7.4同轴线 227
同轴线传输主模——TEM波 227
同轴线中的高次模 228
7.5带状线 229
特性参量 230
带状线尺寸的确定 230
7.6微带线 231
微带线传输的主模 231
微带线的特性参量 231
微带线的色散特性和尺寸设计考虑 232
7.7介质波导 233
金属平板加介质片构成的波导 233
介质波导的应用 233
7.8光波导 234
光波导的结构和参数 234
光纤的分析方法 235
数值孔径 235
小结 236
习题七 236
第8章 电磁波辐射的基本概论 238
8.1滞后位 238
8.2电偶极子的辐射场 240
电偶极子 240
电偶极子辐射场的计算 240
电偶极子辐射场的分析 241
8.3磁偶极子的辐射场 244
电磁对偶原理 244
磁偶极子辐射场的计算 245
磁偶极子辐射场的分析 246
8.4天线的特性参数 248
天线的辐射方向图及参数 248
天线的辐射效率 251
天线的增益系数 252
天线的等效高度 252
天线的输入阻抗 252
天线的极化形式 252
8.5对称振子天线 253
对称振子天线的电流分布 253
对称振子天线的远区辐射场 253
对称振子的电参数 254
8.6天线阵 256
N元均匀直线阵E面内的方向性函数 256
N元均匀直线阵H面内的方向性函数 258
导电体对天线的影响 259
8.7互易定理 260
洛伦兹互易定理 261
卡森互易定理 261
小结 262
习题八 263
第9章 电磁仿真软件——Ansoft HFSS 265
9.1 Ansoft HFSS概述 265
Ansoft HFSS简介 265
HFSS计算原理及仿真过程 266
9.2 Ansoft HFSS使用介绍 267
Ansoft HFSS的工作环境 267
建立HFSS工程的一般过程 277
9.3 Ansoft HFSS工程仿真实例 278
魔T（Magic T） 278
共面波导（CP W）馈电的BowTie天线 282
矩形微带贴片天线 291
9.4关于Ansoft HFSS的几点说明 298
小结 300
习题九 300
第10章 电磁波应用系统 304
10.1雷达传感器 304
概述 304
雷达系统的基本运行 304
非模糊测距范围 305
测距范围及角度的分辨率 306
10.2多普勒雷达 307
概述 307
多普勒效应 308
10.3单脉冲雷达 309
概述 309
幅值比较单脉冲方案 309
10.4相控阵雷达 311
概述 311
相控阵雷达的主要指标 313
相控阵雷达技术参数 313
10.5毫米波应用 316
概述 316
毫米波在军事上的应用 316
民用毫米波系统 318
10.6微波遥感 320
概述 320
微波遥感的特点及其应用 321
10.7电磁场的生物效应 322
电磁场生物效应的物理学解释 322
电磁场产生的非热效应 323
不同频率电磁辐射的生物效应 324
10.8电磁技术在军事电子系统中的应用 324
概述 324
高功率微波武器 325
HPM武器的杀伤机理 327
HPM武器技术 329
小结 331
习题十 332
附录A 有关物理量和单位符号 333
附录B 重要的矢量分析公式 336
参考文献 338