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绪篇 电磁场理论概要3

第1章 电磁场与电磁波3

1.1 电磁场的四个基本矢量3

1.1.1 电场强度E3

1.1.2　高斯（Gauss）定律6

1.1.3 电通量密度D8

1.1.4　电位函数？8

1.1.5　磁通密度B9

1.1.6　磁场强度H10

1.1.7　磁力线及磁通连续性定理12

1.1.8　矢量磁位A13

1.2　电磁场的基本方程14

1.2.1　全电流定律：麦克斯韦第一方程14

1.2.2　法拉第-楞次（Faraday-Lenz）定律：麦克斯韦第二方程15

1.2.3　高斯定律：麦克斯韦第三方程15

1.2.4　磁通连续性原理：麦克斯韦第四方程15

1.2.5 电磁场基本方程组的微分形式16

1.2.6　不同时空条件下的麦克斯韦方程组17

1.3　电磁场的媒质边界条件20

1.3.1 电场的边界条件20

1.3.2　磁场的边界条件23

1.3.3　理想导体与介质界面上电磁场的边界条件24

1.3.4　镜像法25

1.4　电磁场的能量26

1.4.1 电场与磁场存储的能量26

1.4.2　坡印廷（Poynting）定理26

1.5　依据电磁场理论形成的电路概念27

1.5.1 电路是特定条件下对电磁场的简化表示27

1.5.2　由电磁场方程推导出的电路基本定律29

1.5.3　电路参量31

1.6　电磁波的产生——时变场源区域麦克斯韦方程的解36

1.6.1 达朗贝尔方程（D'Alembert）及其解36

1.6.2　电流元辐射的电磁波38

1.7　平面电磁波42

1.7.1　无源区域的时变电磁场方程42

1.7.2　理想介质中的均匀平面电磁波43

1.7.3　导电媒质中的均匀平面电磁波46

1.8　均匀平面电磁波在不同媒质界面的入射反射和折射50

1.8.1 电磁波的极化50

1.8.2　均匀平面电磁波在不同媒质界面上的垂直入射53

1.8.3　均匀平面电磁波在不同媒质界面上的斜入射55

本章小结63

习题一67

上篇　微波传输线与微波元件第2章　传输线的基本理论71

2.1　传输线方程及其解71

2.1.1　传输线的电路分布参量方程72

2.1.2　正弦时变条件下传输线方程的解73

2.1.3　对传输线方程解的讨论76

2.2　无耗均匀传输线的工作状态80

2.2.1 电压反射系数80

2.2.2　传输线的工作状态82

2.2.3　传输线工作状态的测定88

2.3　阻抗与导纳圆图及其应用89

2.3.1　传输线的匹配90

2.3.2　阻抗圆图的构成原理92

2.3.3　阻抗圆图上的特殊点和线及点的移动94

2.3.4　导纳圆图97

2.3.5　圆图的应用举例98

2.4　有损耗均匀传输线102

2.4.1 线上电压、电流、输入阻抗及电压反射系数的分布特性102

2.4.2　有损耗均匀传输线的传播常数103

2.4.3　有损耗均匀传输线的传输功率和效率105

本章小结106

习题二109

第3章　微波传输线112

3.1　平行双线与同轴线112

3.1.1　平行双线传输线112

3.1.2　同轴线113

3.2　微带传输线115

3.2.1　微带线的传输模式116

3.2.2　微带线的传输特性118

3.3　矩形截面金属波导120

3.3.1　矩形截面波导中场方程的求解120

3.3.2　对解式的讨论126

3.3.3 矩形截面波导中的TE10模130

3.3.4　矩形截面波导的使用137

3.4　圆截面金属波导138

3.4.1 圆截面波导中场方程的求解138

3.4.2　基本结论141

3.4.3 圆截面波导中的三个重要模式TE11、TM01与TE01144

3.4.4　同轴线中的高次模146

3.5　光波导147

3.5.1　光纤的结构形式及导光机理147

3.5.2　单模光纤的标量近似分析150

本章小结154

习题三156

第4章　微波元件及微波网络理论概要158

4.1　连接元件158

4.1.1　波导抗流连接158

4.1.2　同轴线——波导转接器159

4.1.3 同轴线——微带线转接器160

4.1.4　波导——微带线转接器160

4.1.5　矩形截面波导——圆截面波导转接器161

4.2　波导分支接头162

4.2.1 E-T分支162

4.2.2　H-T分支163

4.2.3　双T分支163

4.3 波导R,L,C元件164

4.3.1　匹配负载及衰减器164

4.3.2　电抗元件167

4.4　定向耦合器170

4.4.1 定向耦合器的基本指标170

4.4.2　波导窄壁双孔耦合定向耦合器172

4.5　阻抗变换器与阻抗调配器173

4.5.1　阻抗变换器173

4.5.2　阻抗调配器180

4.6　微波谐振器184

4.6.1　角柱腔——从传输模到谐振模184

4.6.2　圆柱腔189

4.7　微波铁氧体元件193

4.7.1　微波铁氧体的物理特性193

4.7.2　场移式隔离器194

4.7.3　环流器196

4.8　微波元件等效为微波网络196

4.8.1　构成微波网络必须考虑的一些问题196

4.8.2　二端口微波网络198

4.9　微波网络的散射参量与传输参量201

4.9.1　散射参量201

4.9.2　传输参量202

4.10　二端口微波网络参量203

4.10.1　二端口微波网络参量的相互转换203

4.10.2　特定情况下二端口微波网络参量的性质203

4.10.3　基本单元二端口微波网络的参量206

4.10.4　微波网络参量的测定207

4.11　微波网络的外特性参量209

4.11.1 电压传输系数T209

4.11.2　插入衰减L209

4.11.3　插入相移θ210

4.11.4　输入驻波比ρ210

本章小结211

习题四213

下篇　天线基本原理与技术219

第5章　天线理论基础219

5.1 电流元的辐射场219

5.2　行波长线天线222

5.3 自由空间中的对称振子天线225

5.3.1　对称振子上的电流226

5.3.2　对称振子天线的辐射场226

5.4　天线特性参量228

5.4.1　天线的方向性特性参量228

5.4.2　天线辐射波的极化232

5.4.3　天线的辐射功率与辐射电阻233

5.4.4　天线的方向系数和增益235

5.4.5　天线的输入阻抗237

5.4.6　天线的有效长度239

5.4.7　天线的工作频带宽度242

5.5　天线阵列243

5.5.1　二元天线阵列243

5.5.2　N元均匀直线阵列249

5.5.3　对称振子阵列的输入阻抗258

5.6　地面对天线特性的影响266

5.6.1　远离地面架设的天线266

5.6.2　近地架设的天线268

5.7　其他常用单元线状天线273

5.7.1　折合振子273

5.7.2　圆环天线275

5.8 以时变电场和时变磁场为源的基本辐射元282

5.8.1　基本口径面辐射源——惠更斯（Huygens）元282

5.8.2　基本隙缝辐射元284

5.9　接收天线286

5.9.1　接收天线接收电磁波的物理过程287

5.9.2　天线的互易定理287

5.9.3　天线的有效接收面积289

5.9.4　付里斯（Friis）传输公式290

本章小结291

习题五292

第6章　工程中常用的典型天线294

6.1 电磁波在自然环境中的传播294

6.1.1　地表面波（地波）传播295

6.1.2　电离层反射（天波）传播296

6.1.3　直视（空间波）传播298

6.1.4　各波段电磁波的传播300

6.2　直立天线301

6.2.1　直立天线的辐射场与方向性301

6.2.2　直立天线的特性参量302

6.2.3　直立天线性能的改善304

6.3　水平偶极天线306

6.3.1 方向函数与方向图306

6.3.2　基本特性参数308

6.3.3　天线架设参数的选择309

6.4　菱形天线310

6.4.1　菱形天线的构成及基本工作原理311

6.4.2　菱形天线的架设312

6.5　引向天线313

6.5.1 引向天线的工作原理313

6.5.2　辐射特性的分析计算方法315

6.5.3　引向天线特性参量的近似计算316

6.6　螺旋天线318

6.6.1 螺旋天线的结构与辐射模式318

6.6.2　轴向辐射模式螺旋天线的方向性319

6.7　正交振子与电视发射天线321

6.7.1　正交振子的辐射322

6.7.1　翼面振子323

6.8　移动通信用天线324

6.8.1　手持机用天线324

6.8.2　基站台用天线324

6.9　波导缝隙阵列天线325

6.9.1　缝隙天线325

6.9.2　波导缝隙天线阵列326

6.10　微带贴片天线的基本原理328

6.10.1　矩形贴片微带辐射元328

6.10.2　微带贴片天线的馈电328

6.11 口径面天线330

6.11.1　波导终端口径面的辐射特性330

6.11.2　电磁喇叭332

6.11.3　抛物反射面天线333

6.11.4　双反射面天线336

本章小结337

习题六338

附录343

附录A　矢量运算公式343

附录B　平行双线与同轴线的分布参数345

附录C　矩形截面波导参数346

附录D　圆截面波导参数348

附录E　常用硬同轴线参数350

附录F　常用射频同轴电缆参数351

附录G　常用金属导体材料性能352

附录H　常用介质材料性能353

附录I 电离层的基本参数354

附录J　电磁波频谱划分355

附录K　微波波段划分356

附录L　民用电磁波频率357

参考书目359