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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T414

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