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第1章 应用电磁场理论基础1

1.1 场量与算子1

1.1.1 矢量及其运算1

1.1.2 场量与算子3

1.2 Maxwell方程和电磁波的辐射6

1.2.1 Maxwell方程6

1.2.2 电磁场的波动性10

1.3 时谐电磁场14

1.3.1 正弦电磁场的复数表示14

1.3.2 复数形式的麦克斯韦方程组15

1.3.3 波动方程的复数表示15

1.3.4 无界空间中磁矢位和电标位的复数形式解16

1.4 电磁场的若干定理17

1.4.1 二重性原理17

1.4.2 唯一性原理19

1.4.3 场的相似变换原理19

1.4.4 镜像原理20

1.4.5 感应定理21

1.4.6 互易性原理21

1.5 电磁问题解的构成22

1.5.1 磁矢位？和电矢位？22

1.5.2 Z向横电场和Z向横磁场的空间场表示23

第2章 天线与电磁问题的数学物理方法29

2.1 分离变量法29

2.1.1 直角坐标系亥姆霍兹方程的解29

2.1.2 圆柱坐标系亥姆霍兹方程的解34

2.1.3 球坐标系亥姆霍兹方程的解37

2.1.4 本征值与本征函数41

2.2 自由空间波动方程解的讨论41

2.2.1 直角坐标系波动方程解的构成42

2.2.2 柱面坐标系波动方程解的构成42

2.2.3 球坐标系波动方程解的构成44

2.3 波的变换及散射问题47

2.3.1 平面波变换成柱面波的表示47

2.3.2 圆柱坐标原点的平移变换48

2.3.3 平面波与球面波的变换49

2.3.4 柱面波到球面波的变换50

2.3.5 球面Hankel函数的相加定理50

2.3.6 波的散射问题52

2.4 格林函数法56

2.4.1 标量源的格林函数56

2.4.2 并矢格林函数法61

2.4.3 辐射场区分析69

第3章 天线及电磁问题的数值方法73

3.1 概述73

3.2 泛函与变分74

3.3 尤拉方程77

3.3.1 单变元函数的泛函变分77

3.3.2 多元函数的泛函变分78

3.4 变分问题的直接解法——里兹法80

3.5 有限差分法85

3.5.1 差分格式85

3.5.2 差分方程组的解法86

3.5.3 边界条件的近似处理88

3.6 有限元法90

3.6.1 有限元法的基本概念90

3.6.2 一维问题的有限元法91

3.6.3 有限元法小结94

3.7 矩量法95

3.7.1 矩量法的基本原理95

3.7.2 基函数和权函数的选择97

3.8 边界元法99

3.8.1 边界积分方程100

3.8.2 积分方程的离散化方法101

3.8.3 求解方程组102

3.9 最优化方法概论103

3.9.1 概述103

3.9.2 最优化问题的数学模型与分类104

3.9.3 优化算法的基础知识106

3.9.4 计算机优化方法举例108

3.9.5 最优化方法在无线电工程设计中的应用110

第4章 天线的基本特性113

4.1 天线辐射性能的特征量113

4.1.1 辐射源的场区113

4.1.2 天线功率传输114

4.1.3 典型的天线辐射性能参数114

4.2 辐射源与场的基本关系124

4.2.1 场的等效源原理124

4.2.2 电流元辐射125

4.2.3 磁流元辐射128

4.2.4 线源辐射129

4.2.5 口径辐射133

4.2.6 阵列辐射135

4.3 口径面天线辐射的基本公式137

4.3.1 克希荷夫公式137

4.3.2 平面口径上辐射场计算140

第5章 反射面天线及馈源151

5.1 主焦抛物反射面天线151

5.1.1 基本几何特性151

5.1.2 基本辐射特性152

5.1.3 波束偏离因子154

5.1.4 口径遮挡155

5.1.5 随机表面误差的影响分析157

5.2 对称双反射面天线系统158

5.2.1 对称双反射面天线的优缺点158

5.2.2 卡氏天线的几何及设计159

5.2.3 等效抛物面概念162

5.3 反射面天线的效率分析163

5.3.1 馈源效率因子163

5.3.2 反射面效率因子165

5.4 偏置抛物面天线166

5.4.1 偏置抛物面的优缺点166

5.4.2 偏置抛物面的几何167

5.4.3 投影口径场170

5.4.4 辐射场的积分173

5.4.5 偏置馈源175

5.5 一次馈源天线176

5.5.1 馈源方向图和口径面场分布176

5.5.2 极化定义177

5.5.3 偶极子照射与抛物面口径场179

5.5.4 简单的主焦喇叭馈源182

5.5.5 多模喇叭馈源196

5.5.6 宽带混合模喇叭200

5.5.7 偏置抛物面的一次馈源206

5.5.8 跟踪馈源210

5.5.9 一次馈源的辐射方向图211

第6章 反射面天线的现代分析与设计技术214

6.1 反射面天线辐射的数学模型214

6.2 辐射积分的Rusch法216

6.3 辐射积分的Jacobi-Bessel法221

6.4 辐射积分的Fourier-Bessel法227

6.5 单反射面天线设计231

6.5.1 口径照明与馈源泄漏231

6.5.2 横向馈源偏焦与Petzval表面233

6.5.3 对称单反射面天线远场幅度的综合235

6.6 双反射面天线系统设计237

6.6.1 卡氏（Cassegrain）反射面几何关系237

6.6.2 偏置卡氏天线系统的设计239

6.7 对称双赋形反射面天线系统的综合243

6.8 具有零交叉极化的双偏反射面系统247

第7章 透镜天线252

7.1 概述252

7.1.1 透镜天线的优缺点252

7.1.2 透镜天线的基本工作原理252

7.2 单折射面介质透镜的表面方程及其分区254

7.2.1 内表面方程254

7.2.2 外表面方程255

7.2.3 透镜厚度和分区255

7.3 波导透镜257

7.3.1 外表面为平面，变换在内表面257

7.3.2 内表面为球面，变换在外表面257

7.3.3 金属平板透镜258

7.3.4 透镜分区的带宽259

7.4 镜面的反射与损耗260

7.4.1 介质透镜界面反射260

7.4.2 波导透镜界面反射262

7.5 透镜的广角扫描263

7.5.1 柱面金属透镜的扫描263

7.5.2 龙伯（Luneburg）透镜267

7.5.3 广角扫描——靴带透镜269

7.6 透镜辐射场计算270

7.6.1 透镜天线口径场计算270

7.6.2 辐射场计算271

第8章 宽频带天线273

8.1 概述273

8.1.1 相对带宽和倍频带宽273

8.1.2 展宽天线带宽的主要方法273

8.2 平面结构的宽带天线（或频率无关天线）275

8.2.1 频率无关天线的基本条件275

8.2.2 平面等角螺旋天线276

8.2.3 阿基米德平面螺旋天线278

8.3 圆锥等角螺旋天线280

8.3.1 圆锥等角螺旋天线的几何方程280

8.3.2 圆锥螺旋辐射特性分析281

8.3.3 圆锥等角螺旋天线设计286

8.4 对数周期天线288

8.4.1 对数周期偶极天线阵（LPDA）的几何288

8.4.2 对数周期偶极阵的馈电289

8.4.3 对数周期天线的三个区域290

8.4.4 对数周期偶极天线阵设计291

8.5 天馈匹配变换技术295

8.5.1 开槽式平衡变换器295

8.5.2 宽频带匹配原理297

8.5.3 常用阶梯阻抗变换器300

8.5.4 渐变线阻抗变换器304

第9章 新型螺旋天线311

9.1 螺旋天线的辐射数学模型311

9.1.1 无限长螺旋线的电磁场解311

9.1.2 螺旋k-β图及波模分析315

9.2 轴模螺旋天线317

9.2.1 轴模螺旋天线的结构参数318

9.2.2 螺旋线上电流分布及辐射模型318

9.2.3 轴模螺旋行波电流辐射场的计算319

9.2.4 理想圆极化条件和最大方向性系数321

9.2.5 端射模螺旋天线的工程参数323

9.3 快波模螺旋天线325

9.3.1 从k-β图看背射模辐射325

9.3.2 快波辐射及赋形波束设计326

9.3.3 螺旋天线快波辐射的数学模型——传播常数的特性方程327

9.3.4 复传输模的辐射方向图329

9.3.5 数值计算和天线的主要特性331

第10章 微带天线333

10.1 微带天线概述333

10.1.1 微带天线的优缺点333

10.1.2 微带传输线334

10.2 矩形微带天线337

10.2.1 微带贴片天线的辐射机制337

10.2.2 矩形微带天线辐射方向图339

10.2.3 矩形微带贴片的阻抗342

10.2.4 微带天线的损耗、品质因素和效率345

10.3 圆形微带贴片天线347

10.3.1 腔内场347

10.3.2 辐射场348

10.3.3 圆形贴片天线阻抗349

10.3.4 圆形贴片天线设计小结352

10.4 微带贴片天线的馈电355

10.4.1 同轴馈电／探针耦合方式355

10.4.2 微带共面馈电356

10.4.3 非共面微带馈电结构357

10.4.4 微带贴片天线馈电形式的比较359

10.5 新型宽带微带贴片天线359

10.5.1 微带线上的波与天线辐射要求360

10.5.2 SSFIP天线362

10.5.3 天线带宽讨论364

10.5.4 堆积式SSFIP天线365

10.5.5 双极化和圆极化SSFIP天线366

10.5.6 圆锥波束辐射的SSFIP天线369

10.5.7 电容及槽耦合的宽带、双极化贴片天线370

10.6 微带天线的全波分析方法374

10.6.1 自由空间电磁波解374

10.6.2 无界均匀空间的Green函数376

10.6.3 边值条件377

10.6.4 解的方法379

10.6.5 数值计算方法381

10.7 微带阵列天线382

10.7.1 微带阵天线的并联和串联馈电系统382

10.7.2 线阵的设计384

10.7.3 新型馈电微带阵386

10.7.4 微带阵列建构389

第11章 阵列天线391

11.1 阵列天线的基本特性391

11.1.1 阵列天线空间方向图391

11.1.2 方向图相乘原理392

11.2 线阵392

11.2.1 均匀直线阵空间方向图392

11.2.2 几种典型的幅度分布线阵396

11.3 平面阵405

11.3.1 矩形平面阵列空间阵因子405

11.3.2 平面阵的空间辐射特性407

11.4 共形阵411

11.4.1 共形阵列的网络模型411

11.4.2 阵列的内外互耦合413

11.4.3 多模口径单元的广义散射系数415

11.5 相控阵天线419

11.5.1 相控阵天线的优缺点420

11.5.2 相控阵天线的基本组成420

11.5.3 相控阵天线扫描的基本原理422

11.5.4 波束扫描的栅瓣位置423

11.5.5 阵列天线中阵元间互耦及其影响424

11.5.6 相控阵天线的馈电426

11.5.7 相控阵天线多波束的形成433

11.6 天线阵的实验优化439

11.6.1 实验优化算法Ⅰ的公式和流程440

11.6.2 最佳搜索／函数最小法442

11.6.3 耦合效应和对单元位置函数的优化444

11.6.4 最优化结果举例448

11.6.5 结论451

第12章 天馈无源微波器件453

12.1 射频传输线453

12.1.1 TEM传输线基本特性453

12.1.2 常用TEM传输线特性阻抗455

12.1.3 同轴电缆和接头456

12.1.4 波导传输线457

12.1.5 新型RF传输线459

12.2 光波导462

12.2.1 光波导特性463

12.2.2 阶跃光纤的射线分析464

12.2.3 阶跃光纤的波动分析469

12.2.4 阶跃光纤中的传输功率472

12.2.5 光纤通信过程473

12.3 波导连接473

12.3.1 圆波导的扼流连接473

12.3.2 矩形波导的扼流连接474

12.3.3 波导同轴连接475

12.3.4 转动连接476

12.3.5 常用的波导弯头、扭管和拐角478

12.3.6 波导桥478

12.3.7 波导T接头481

12.4 功率合成与分配484

12.4.1 功率分配器和合成器484

12.4.2 分支型线路486

12.4.3 同轴线单T和双T490

12.4.4 终端元件493