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上篇 理论篇——电磁场基础知识3

第1章 矢量分析3

1.1标量、矢量及其运算3

1.1.1标量和矢量3

1.1.2矢量的代数运算4

1.2矢量场的通量与散度5

1.2.1矢量场的矢量线5

1.2.2矢量的通量6

1.2.3矢量场的散度7

1.3矢量场的环量与旋度8

1.3.1环量的定义8

1.3.2旋度9

1.4标量场的梯度11

1.4.1标量场的等值面11

1.4.2方向导数11

1.4.3标量场的梯度12

1.5三种常用的正交坐标系13

1.6拉普拉斯运算与格林定理18

1.6.1拉普拉斯运算18

1.6.2格林定理18

1.7亥姆霍兹定理19

习题20

第2章 静电场22

2.1电场的基本性质22

2.1.1电荷与电荷分布22

2.1.2库仑定律24

2.1.3电场强度24

2.2真空中静电场的基本方程25

2.2.1静电场的散度与高斯定理26

2.2.2电场的旋度与静电场的环路定理26

2.2.3静电场的性质27

2.3电位函数28

2.3.1电位的定义28

2.3.2电位的表达式29

2.4电介质的极化与极化强度30

2.4.1介质的极化30

2.4.2极化电荷与极化强度矢量的关系31

2.5介质中的高斯定理与边界条件33

2.5.1介质中的高斯定理33

2.5.2边界条件35

2.6导体系统的电容38

2.6.1静电场中的导体38

2.6.2导体系统的电容39

2.7电场能量 静电力42

2.7.1电场能量42

2.7.2静电力44

习题46

第3章 恒定电场49

3.1电流与电流密度49

3.2电荷守恒定律与电流连续性方程50

3.3恒定电场的基本方程51

3.3.1恒定电场的基本方程51

3.3.2恒定电场的电位52

3.3.3导电媒质中的电荷分布52

3.4恒定电场的边界条件52

3.5能量损耗与电动势54

3.5.1焦耳定律54

3.5.2电动势54

3.5.3接地电阻56

3.6恒定电场的边值问题57

3.6.1恒定电场与静电场的类比57

3.6.2恒定电场的求解方法57

习题61

第4章 恒定磁场65

4.1恒定磁场的实验定律与磁感应强度65

4.1.1安培力定律65

4.1.2磁感应强度66

4.1.3磁通连续性原理67

4.2安培环路定律69

4.2.1安培环路定律69

4.2.2磁场强度71

4.2.3磁化率71

4.3矢量磁位71

4.4介质的磁化74

4.4.1磁化强度74

4.4.2媒质磁化后的磁效应75

4.4.3安培环路定律的一般形式77

4.4.4磁介质中恒定磁场基本方程78

4.5磁标量位80

4.5.1磁标量位的概念80

4.5.2磁标量位的多值性80

4.5.3标量位的微分方程81

4.6媒质分界面上的边界条件81

4.6.1磁场强度H所满足的分界面边界条件81

4.6.2磁感应强度应满足的分界面边界条件82

4.6.3折射定律83

4.6.4用磁矢量位表示的媒质分界面边界条件83

4.7电感84

4.8磁场能量与力87

4.8.1恒定磁场中的能量87

4.8.2电磁能量的分布89

4.8.3磁场力90

习题91

第5章 静态场的边值问题94

5.1边值问题的提出94

5.1.1边值问题的分类94

5.1.2唯一性定理94

5.2镜像法96

5.2.1导体平面的镜像97

5.2.2导体球面的镜像99

5.2.3线电荷对导体圆柱面的镜像102

5.2.4点电荷对无限大介质平面的镜像103

5.3分离变量法104

5.3.1直角坐标系中的分离变量法105

5.3.2柱坐标中的分离变量法107

5.3.3球坐标中的分离变量法112

5.4有限差分法116

5.4.1有限差分方程117

5.4.2差分方程的求解118

5.5复变函数法119

习题119

第6章 时变电磁场122

6.1法拉第电磁感应定律122

6.1.1电磁感应定律122

6.1.2法拉第电磁感应定律的积分与微分形式123

6.1.3电磁感应定律的意义124

6.2位移电流124

6.2.1问题的提出124

6.2.2位移电流假设124

6.3麦克斯韦方程126

6.3.1麦克斯韦方程组126

6.3.2麦氏方程的限定形式和非限定形式127

6.4时变电磁场的边界条件128

6.4.1时变电磁场的边界条件128

6.4.2两种特殊情况129

6.5坡印廷定理和坡印廷矢量131

6.5.1坡印廷定理131

6.5.2坡印廷矢量132

6.6正弦电磁场132

6.6.1正弦电磁场的复数表示法132

6.6.2麦克斯韦方程的复数形式134

6.6.3复坡印廷矢量134

6.7波动方程136

6.8动态矢量位和标量位137

6.8.1动态矢量位和标量位的定义137

6.8.2达朗贝尔方程137

6.8.3小结138

习题139

中篇 应用篇——电磁波及其基础应用143

第7章 平面电磁波143

7.1均匀平面波143

7.2理想介质中的均匀平面波143

7.2.1沿十z轴方向传播的均匀平面波143

7.2.2沿任意方向传播的均匀平面波144

7.2.3均匀平面波的性质144

7.3导电媒质中的均匀平面波147

7.3.1导电媒质中的波动方程及其解147

7.3.2导体中均匀平面波的性质148

7.3.3讨论149

7.3.4相速和群速151

7.4电磁波的极化152

7.4.1线极化波153

7.4.2圆极化平面波153

7.4.3椭圆极化平面波154

7.5平面边界上的反射和折射156

7.5.1任意方向传播的平面波156

7.5.2 Snell定律157

7.5.3反射系数和透射系数158

7.5.4无反射和全反射159

7.5.5导电介质中的折射波161

7.6波速163

习题165

第8章 传输线理论168

8.1均匀传输线理论概述168

8.1.1导波形式及传输线的分类168

8.1.2双导线型传输线基本要求以及分布参数169

8.1.3传输线分析方法170

8.2传输线方程及其解170

8.2.1均匀双导体传输线的分布参数及其等效电路170

8.2.2电路方程及其解171

8.2.3无耗传输线的基本特性173

8.3均匀无耗传输线的等效177

8.3.1行波工作状态177

8.3.2纯驻波工作状态178

8.3.3行驻波工作状态181

8.4圆图及其应用182

8.4.1等反射系数圆183

8.4.2阻抗圆图183

8.4.3导纳圆图186

8.4.4圆图应用举例187

8.5有耗传输线189

8.5.1有耗传输线的特性参数189

8.5.2有耗传输线上的电压、电流和阻抗的分布191

8.5.3有耗线上传输效率的计算191

8.6双导线与同轴线192

8.6.1平行双导线192

8.6.2同轴线193

8.6.3同轴线中不连续性的等效电路194

8.7传输线的匹配195

8.7.1三种匹配状态及其匹配方法195

8.7.2阻抗匹配网络196

习题199

第9章 规则波导201

9.1导波原理201

9.1.1规则金属管内电磁波201

9.1.2传输特征202

9.1.3导行波的分类204

9.2矩形波导205

9.2.1矩形波导中的场205

9.2.2矩形波导的传输特性207

9.2.3主模TE10波209

9.2.4矩形波导尺寸选择原则212

9.3圆形波导213

9.3.1圆波导中的场213

9.3.2圆波导的传输特性216

9.3.3圆波导中几种常用模式218

9.4波导的激励与耦合219

9.4.1探针激励220

9.4.2环激励220

9.4.3孔（缝）激励220

习题221

第10章 微波集成传输线223

10.1带状线224

10.1.1特性阻抗224

10.1.2带状线的衰减常数225

10.1.3相速和波导波长226

10.1.4带状线的尺寸选择226

10.2微带线226

10.2.1特性阻抗与相速227

10.2.2波导波长230

10.2.3微带线的衰减常数230

10.2.4微带线的色散特性231

10.2.5微带尺寸的选择232

10.3耦合微带线233

10.3.1奇偶模分析方法233

10.3.2奇偶模分别激励时耦合传输线方程的解234

10.4其他形式平面传输线237

10.4.1悬置微带线和倒置微带线237

10.4.2槽线237

10.4.3共面传输线238

习题238

第11章 微波网络基础239

11.1微波系统等效为网络240

11.1.1等效电压和等效电流240

11.1.2不均匀区域等效为网络242

11.1.3单端口网络243

11.2阻抗、导纳和转移参量244

11.2.1阻抗参量244

11.2.2导纳矩阵245

11.2.3转移矩阵246

11.3散射矩阵与传输矩阵248

11.3.1散射矩阵249

11.3.2传输矩阵250

11.3.3散射参量与其他参量转换251

11.3.4 S参数测量252

11.3.5多端口网络的散射矩阵253

11.4基本电路单元的参量矩阵254

11.5微波网络的工作特性参数255

11.5.1电压传输系数T255

11.5.2插入相移255

11.5.3插入驻波比256

11.5.4插入衰减256

习题257

第12章 微波元件260

12.1连接匹配元件260

12.1.1终端负载元件260

12.1.2微波连接元件262

12.1.3阻抗匹配元件264

12.2功率分配元件268

12.2.1定向耦合器268

12.2.2功率分配器273

12.2.3波导分支器275

12.3微波谐振器277

12.3.1微波谐振器的基本参量278

12.3.2矩形空腔谐振器279

12.3.3微带谐振器280

12.3.4谐振器的耦合和激励281

12.4微波铁氧体元件282

12.4.1隔离器282

12.4.2铁氧体环行器285

习题286

下篇 实践篇——电磁场与电磁波实验291

第13章 实践训练291

13.1微波测量系统的认识与调试291

13.2晶体检波器校准294

13.3驻波比的测量297

13.4阻抗测量与阻抗匹配300

附录1 常用矢量分析公式305

附录2 Simth圆图307

参考文献311