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第1章 矢量运算与场论基础1

1.1矢量运算1

1.1.1矢量概念1

1.1.2矢量的基本运算公式2

1.1.3几个常用矢量5

1.2场论基础6

1.2.1场的定义与分类6

1.2.2场的数学表示式6

1.2.3场的直观表示方法7

1.3标量场的梯度9

1.3.1方向导数9

1.3.2梯度10

1.4矢量场的散度和旋度11

1.4.1通量与散度12

1.4.2环量与旋度14

1.5亥姆霍兹定理16

1.6常用正交曲线坐标系17

习题一18

第2章 静态电磁场19

2.1静电场19

2.1.1真空中的静电场19

2.1.2静电场的电位22

2.1.3静电场中的导体23

2.1.4静电场中的介质24

2.1.5静电场的能量28

2.1.6静电场的场方程和性质总结28

2.2恒定电流场29

2.2.1电流密度29

2.2.2欧姆（Ohm）定律30

2.2.3焦耳（Joule）定律31

2.2.4电源及其电动势31

2.2.5电流连续性方程32

2.2.6恒定电场33

2.3静磁场33

2.3.1真空中恒定电流的静磁场33

2.3.2静磁场的磁矢位36

2.3.3静磁场中的媒质36

2.3.4静磁场的能量40

2.3.5静磁场的场方程和性质总结40

习题二41

第3章 时变电磁场43

3.1麦克斯韦方程组43

3.1.1法拉第电磁感应定律与感应电场43

3.1.2位移电流与全电流定律45

3.1.3麦克斯韦方程组46

3.1.4麦克斯韦方程组的物理意义48

3.2边界条件48

3.2.1电场的边界条件49

3.2.2磁场的边界条件50

3.2.3电磁场的边界条件51

3.3能量与能流密度53

3.3.1时变电磁场的能量密度53

3.3.2坡印亭矢量和坡印亭定理53

3.4时变电磁场的波动性55

3.4.1波动方程55

3.4.2波动性56

3.5时变电磁场的位函数57

3.5.1标量位Φ与矢量位Α的引入57

3.5.2位函数满足的方程58

3.5.3位函数的解59

3.6时谐电磁场60

3.6.1时谐电磁场的瞬时表示式和复数表示式61

3.6.2时谐电磁场的复数形式麦克斯韦方程组和结构方程、边界条件63

3.6.3时谐电磁场的复坡印亭矢量64

3.6.4时谐电磁场的波动方程66

3.6.5时谐电磁场的位函数66

习题三67

第4章 平面电磁波69

4.1无界均匀理想媒质中的平面电磁波69

4.1.1时谐波动方程的解——均匀平面波69

4.1.2均匀平面电磁波的传播特性和传播参数70

4.1.3向z方向传播的均匀平面波的其他表示形式72

4.1.4向任意方向传播的均匀平面波73

4.2电磁波的极化75

4.2.1极化的定义75

4.2.2线极化75

4.2.3圆极化76

4.2.4椭圆极化77

4.2.5三种极化类型的相互关系78

4.2.6电磁波极化的工程应用79

4.3平面电磁波在不同媒质交界面上的反射和折射79

4.3.1理想介质与理想介质交界面情况80

4.3.2理想介质与理想导体交界面情况86

4.4无界均匀有耗媒质中的平面电磁波90

4.4.1无界均匀导电媒质中的平面电磁波91

4.4.2极化损耗媒质和磁化损耗媒质93

4.4.3电磁波在理想介质与有耗媒质交界面的反射与折射94

习题四97

第5章 导行电磁波100

5.1传输线中导行波的分析方法100

5.1.1波导中电磁场的基本形式100

5.1.2波导中的纵向场法102

5.1.3波导中的模式分类106

5.2波导模式的求解及其特点106

5.2.1波导中的TEM模106

5.2.2矩形波导中TE模的求解108

5.2.3矩形波导中TM模的求解110

5.3矩形波导中TE、TM模的特点112

5.3.1矩形波导TE、TM模的传输特性与截止特性112

5.3.2矩形波导TE、TM模的传波速度114

5.3.3矩形波导TE、TM模的波导波长115

5.3.4矩形波导TE、TM模的波阻抗116

5.3.5矩形波导中的主模和高次模117

5.3.6矩形波导截面尺寸的选择118

5.4矩形波导中TE10模118

5.4.1 TE10模的场强表达式和传输特性参数118

5.4.2矩形波导中TE10模的场结构119

5.4.3矩形波导中TE10模的壁面电流121

5.4.4 TE10模的传输功率123

5.5圆柱形波导中的导行波124

5.5.1圆波导中的TE模125

5.5.2圆波导中的TM波127

5.5.3圆波导中导行波的一般特性和尺寸选择128

5.5.4圆波导中常用的三种模式129

5.6同轴传输线131

5.6.1同轴线TEM波的求解132

5.6.2同轴线TEM波的传输特性135

5.6.3同轴线中的高次模及其尺寸选择136

5.7平行双导线传输线137

5.8微带线138

5.8.1微带中的工作模式139

5.8.2微带线的特性阻抗140

5.8.3微带的损耗141

5.8.4微带的色散特性和高次模141

5.9带状线142

5.10介质波导与光波导143

5.10.1介质波导143

5.10.2光波导143

习题五145

第6章 微波传输线理论147

6.1传输线方程及其时谐稳态解147

6.1.1微波传输线的分布参数与集总参数等效电路147

6.1.2传输线方程及其时谐稳态解150

6.2传输线的工作参数153

6.2.1传输线的特性阻抗153

6.2.2传播常数、相速度与传输线波长154

6.2.3电压反射系数与电流反射系数154

6.2.4输入阻抗和输入导纳155

6.2.5驻波系数与行波系数156

6.3无损耗传输线的工作状态159

6.3.1无反射工作状态159

6.3.2全反射工作状态160

6.3.3部分反射工作状态163

6.3.4传输线上的传输功率165

6.4阻抗圆图和导纳圆图167

6.4.1反射系数圆168

6.4.2阻抗圆图169

6.4.3导纳圆图172

6.5阻抗匹配174

6.5.1四分之一波长阻抗变换器175

6.5.2支节匹配器176

6.5.3微波源的阻抗匹配180

习题六181

第7章 微波网络理论184

7.1微波网络的等效184

7.1.1模式电压和模式电流的概念184

7.1.2波导等效为双导线传输线186

7.1.3单端口网络的负载特性189

7.1.4单端口网络的归一化191

7.2双端口网络的阻抗、导纳、传输矩阵191

7.2.1阻抗矩阵和导纳矩阵191

7.2.2传输矩阵194

7.3双端口网络的散射矩阵196

7.3.1微波网络散射参数的概念196

7.3.2散射参数的基本性质200

7.4网络参数的相互关系203

7.5多端口微波网络204

习题七205

第8章 微波元器件207

8.1矩形波导中的基本元件207

8.1.1矩形波导中的基本电抗元件207

8.1.2矩形波导中的匹配负载211

8.1.3矩形波导中的衰减器与移相器211

8.2同轴线中的基本元件212

8.2.1同轴线中的基本电抗元件212

8.2.2同轴线匹配负载213

8.3微带线中的基本元件214

8.3.1微带线中的基本电抗元件214

8.3.2微带匹配拐角及微带式匹配负载215

8.4传输线的激励与耦合装置215

8.4.1传输线激励的基本原则和基本形式215

8.4.2传输线的激励装置216

8.5分支元件217

8.5.1矩形波导分支接头218

8.5.2微带线三端口功率分配器221

8.6定向耦合器222

8.6.1定向耦合器的技术指标223

8.6.2双孔定向耦合器的工作原理223

8.6.3矩形波导裂缝电桥224

8.6.4微带线分支定向耦合器226

8.7微波谐振器227

8.7.1微波谐振器的基本电参数228

8.7.2圆柱谐振腔229

8.7.3谐振腔230

8.7.4微带谐振器232

8.7.5谐振器的激励与耦合232

8.8微波滤波器233

8.8.1滤波器的基本概念234

8.8.2集总参数滤波器235

8.8.3微波滤波器的实现236

8.9微波铁氧体器件240

8.9.1铁氧体的特性240

8.9.2铁氧体移相器242

8.9.3铁氧体隔离器243

8.9.4铁氧体环形器244

习题八246

第9章 有源微波电路247

9.1微波放大器247

9.1.1微波场效应管248

9.1.2微波放大器的特性249

9.1.3小信号微波放大器251

9.1.4大功率微波放大器255

9.2微波振荡器257

9.2.1微波二极管振荡器257

9.2.2微波晶体管振荡器259

9.2.3微波振荡器的特性262

9.3微波混频器263

9.3.1肖特基势垒二极管263

9.3.2微波混频器的混频原理264

9.3.3混频器的主要特性266

9.3.4典型的微波混频电路267

9.4微波控制器270

9.4.1 PIN二极管270

9.4.2 PIN管开关270

9.4.3 PIN管移相器271

9.5微波集成电路271

9.5.1混合微波集成电路272

9.5.2单片微波集成电路272

习题九273

第10章 天线基础275

10.1基本电振子275

10.1.1基本电振子的概念和场解276

10.1.2基本电振子的辐射特性277

10.1.3辐射功率与辐射电阻279

10.2发射天线的电参数280

10.2.1效率280

10.2.2输入阻抗280

10.2.3方向图281

10.2.4方向性系数D282

10.2.5增益系数G283

10.2.6极化283

10.2.7有效长度le284

10.2.8工作频带宽度285

10.2.9功率容量285

10.3接收天线285

10.3.1天线接收电磁波的物理过程285

10.3.2接收天线的电参数286

10.3.3弗利斯（Friis）传输公式288

10.4自由空间的对称振子289

10.4.1对称振子的辐射场289

10.4.2对称振子的方向图290

10.4.3对称振子的辐射电阻和方向性系数292

10.4.4对称振子的输入阻抗293

10.5天线阵的方向性293

10.5.1二元阵和方向图相乘定理294

10.5.2导电平面对邻近天线的影响297

10.5.3均匀直线阵299

10.5.4均匀直线边射阵、端射阵、斜射阵301

10.6常用天线与基本特点304

10.6.1垂直接地振子304

10.6.2引向天线307

10.6.3背射天线310

10.6.4螺旋天线312

10.6.5宽频带天线313

10.6.6波导缝隙天线317

10.6.7微带天线320

10.6.8喇叭天线322

10.6.9旋转抛物面天线324

10.6.10其他反射面天线328

习题十330

第11章 电波传播332

11.1电波传播的基本概念332

11.1.1电磁波频谱332

11.1.2无线电波主要的传播方式333

11.1.3无线电波在自由空间内的传播333

11.1.4传输媒质对电波传播的影响334

11.2地波传播337

11.2.1地球表面的电特性338

11.2.2地波传播的基本特性339

11.2.3平面地上的地面波场强计算340

11.2.4地下传播与水下传播341

11.2.5地波传播特性342

11.3天波传播342

11.3.1电离层概况343

11.3.2电离层的介电特性344

11.3.3短波天波传播344

11.3.4短波天波传输特性348

11.3.5短波传播的基本特点351

11.4视距传播352

11.4.1自由空间电波传播的菲涅耳区352

11.4.2传播余隙355

11.4.3地面对电波传播的影响357

11.4.4低空大气层对电波传播的影响358

习题十一361

第12章 微波系统导论362

12.1微波通信系统362

12.1.1卫星通信系统概述363

12.1.2通信链路功率估算364

12.1.3星载转发器365

12.1.4地球站的通信设备365

12.2微波雷达系统368

12.2.1雷达方程368

12.2.2脉冲雷达369

12.2.3测速雷达370

12.3其他微波系统371

12.3.1微波辐射计371

12.3.2微波加热373

习题十二374

参考文献375