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绪篇 电磁场理论概要3

第1章 电磁场与电磁波的基本概念和规律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？9

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13

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15

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16

1.2.4　磁通连续性原理：麦克斯韦第四方程16

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（D'Alembert）方程及其解37

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52

1.8.3　均匀平面电磁波在不同媒质界面上的斜入射54

本章小结62

习题一66

上篇　微波传输线与微波元件71

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96

2.3.5 圆图的应用举例97

2.4　有损耗均匀传输线100

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100

2.4.2　有损耗均匀传输线的传播常数102

2.4.3　有损耗均匀传输线的传输功率和效率103

本章小结104

习题二107

第3章　微波传输线110

3.1　平行双线与同轴线110

3.1.1　平行双线传输线110

3.1.2 同轴线111

3.2　微带传输线113

3.2.1 微带线的传输模式114

3.2.2　微带线的传输特性116

3.3　矩形截面金属波导118

3.3.1　矩形截面波导中场方程的求解118

3.3.2　对解式的讨论124

3.3.3　矩形截面波导中的TE10模128

3.3.4　矩形截面波导的使用135

3.4　圆截面金属波导136

3.4.1 圆截面波导中场方程的求解136

3.4.2　基本结论139

3.4.3 圆截面波导中的三个重要模式TE11、TM01与TE01143

3.4.4 同轴线中的高次模146

3.5　光波导146

3.5.1　光纤的结构形式及导光机理146

3.5.2　单模光纤的标量近似分析149

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157

4.1　连接元件157

4.1.1　波导抗流连接157

4.1.2　同轴线——波导转接器158

4.1.3 同轴线——微带线转接器159

4.1.4　波导——微带线转接器159

4.1.5　矩形截面波导——圆截面波导转接器160

4.2　波导分支接头161

4.2.1 E-T分支161

4.2.2　H-T分支162

4.2.3 双T分支162

4.3 波导R,L,C元件163

4.3.1 匹配负载和衰减器163

4.3.2　电抗元件166

4.4　定向耦合器169

4.4.1　定向耦合器的基本指标169

4.4.2　波导窄壁双孔耦合定向耦合器170

4.5　阻抗变换器与阻抗调配器172

4.5.1　阻抗变换器172

4.5.2　阻抗调配器177

4.6　微波谐振器180

4.6.1　角柱腔——从传输模到谐振模181

4.6.2　圆柱腔186

4.7　微波铁氧体元件190

4.7.1　微波铁氧体的物理特性190

4.7.2　场移式隔离器191

4.7.3　环流器192

4.8　微波元件等效为微波网络192

4.8.1 构成微波网络必须考虑的一些问题193

4.8.2　二端口微波网络194

4.9　微波网络的散射参量与传输参量198

4.9.1 散射参量198

4.9.2　传输参量199

4.10　二端口微波网络参量199

4.10.1 二端口微波网络参量的相互转换199

4.10.2　特定情况下二端口微波网络参量的性质200

4.10.3　基本单元二端口微波网络的参量203

4.10.4　微波网络参量的测定204

4.11 微波网络的外特性参量205

4.11.1 电压传输系数T205

4.11.2　插入衰减L206

4.11.3　插入相移θ206

4.11.4　输入驻波比p207

本章小结207

习题四209

下篇　天线基本原理与技术215

第5章　天线理论基础215

5.1 电流元的辐射场215

5.2　行波长线天线218

5.3 自由空间中的对称振子天线221

5.3.1 对称振子上的电流222

5.3.2　对称振子天线的辐射场222

5.4　发射天线的电特性参量224

5.4.1 天线的方向性特性参量224

5.4.2　天线辐射波的极化228

5.4.3　天线的辐射功率与辐射电阻228

5.4.4　天线的方向系数和增益230

5.4.5　天线的输入阻抗232

5.4.6　天线的有效长度237

5.4.7　天线的工作频带宽度238

5.5　接收天线238

5.5.1　接收天线接收电磁波的物理过程238

5.5.2　天线的互易定理239

5.5.3　天线的有效接收面积241

5.5.4　付里斯（Friis）传输公式242

5.5.5　接收天线的等效噪声温度243

5.6　天线阵列245

5.6.1　二元天线阵列245

5.6.2　N元均匀直线阵列251

5.6.3 圆阵257

5.6.4　面阵、体阵和连续元阵258

5.6.5　对称振子阵列的输入阻抗261

5.7　相控阵与智能天线的基本原理267

5.7.1　相控天线阵列267

5.7.2　智能天线的基本原理——波束形成269

5.8　地面对天线特性的影响271

5.8.1　远离地面架设的天线271

5.8.2　近地架设的天线273

5.9　离散阵列中其他常用单元线状天线278

5.9.1　折合振子278

5.9.2 圆环天线279

5.10　以时变电场和时变磁场为源的基本辐射元286

5.10.1　基本口径面辐射源——惠更斯（Huygens）元286

5.10.2　基本隙缝辐射元289

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300

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308

6.4　菱形天线309

6.4.1 菱形天线的构成及基本工作原理310

6.4.2　菱形天线的架设311

6.5　引向天线312

6.5.1 引向天线的工作原理312

6.5.2　辐射特性的分析计算方法314

6.5.3 引向天线特性参量的近似计算315

6.6　螺旋天线317

6.6.1　螺旋天线的结构与辐射模式317

6.6.2　轴向辐射模式螺旋天线的方向性318

6.7　正交振子与电视发射天线320

6.7.1　正交振子的辐射321

6.7.2　翼面振子322

6.8　移动通信用天线323

6.8.1　手持机（移动台）用天线323

6.8.2 基站台用天线323

6.9　波导隙缝阵列天线324

6.9.1 隙缝天线325

6.9.2　波导隙缝天线阵列325

6.10　微带贴片天线的基本原理327

6.10.1　矩形贴片微带辐射元327

6.10.2　微带贴片天线的馈电328

6.11 口径面天线329

6.11.1 波导终端口径面的辐射特性329

6.11.2　电磁喇叭331

6.11.3　抛物反射面天线333

6.11.4　双反射面天线335

本章小结336

习题六337

附录339

附录A　矢量运算公式339

附录B　矩形截面波导参数341

附录C　圆截面波导参数342

附录D　平行双线与同轴线的分布参数344

附录E　常用硬同轴线参数344

附录F　常用射频同轴电缆参数345

附录G　常用金属导体材料性能345

附录H　常用介质材料性能346

附录I　电离层的基本参数346

附录J　电磁波频谱划分347

附录K　微波波段划分347

附录L　民用电磁波频率347

参考文献348