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第1章　引言——波与矢量分析1

1.1 概述1

1.2 电磁场与电磁波的基本概念2

1.2.1 电场强度E与电通量密度D2

1.2.2　磁通量密度B与磁场强度H6

1.2.3　静电场、恒定磁场与时变场9

1.2.4　介质的电磁特性10

1.2.5 电磁波10

1.3 电磁波谱12

1.3.1　电磁波谱图12

1.3.2　电磁波大气传输窗口13

1.3.3　不同波段电磁波的传播特性及其应用14

1.4 波的基本特征及时谐波的复数与复矢量表示15

1.4.1　波动的基本特征15

1.4.2　时谐标量波及其复数表示16

1.4.3　时谐矢量波的复矢量表示23

1.5 矢量分析与场论26

1.5.1　标量、矢量与场26

1.5.2　标量场的等值面与梯度30

1.5.3　矢量场的通量与散度32

1.5.4　矢量场的环量与旋度36

1.5.5　矢量运算的几个恒等关系41

1.5.6　矢量场的分类与亥姆霍兹定理43

1.5.7　格林定理44

1.6 正交坐标系46

1.6.1 圆柱坐标系47

1.6.2　球坐标系48

1.6.3　坐标变换51

1.6.4　坐标单位矢量对空间坐标的偏导数53

1.6.5　梯度、散度、旋度在圆柱坐标系与球坐标系下的表达式55

1.7 电荷与电流分布的模型57

本章要点59

习题161

第2章　传输线基本理论与圆图64

2.1 传输线的等效电路模型与传输线方程及其解64

2.1.1　传输线的等效电路模型64

2.1.2　传输线方程及其解68

2.1.3　传输线的特征参数72

2.2　描述传输线状态的特征量沿传输线的变换73

2.2.1　描述传输线状态的特征量沿传输线变换的关系式73

2.2.2　描述传输线状态的特征量沿传输线变换关系的图示78

2.3　传输功率与传输效率86

2.3.1　传输功率86

2.3.2　传输效率88

2.4　传输线圆图89

2.4.1 反射系数圆与阻抗圆图90

2.4.2　导纳圆图93

2.5 圆图应用举例96

2.6 阻抗匹配及阻抗匹配器101

2.7　传输线的瞬态响应109

2.7.1 时域分析109

2.7.2　频域分析113

本章要点113

习题2115

第3章　麦克斯韦方程119

3.1 积分与微分形式的麦克斯韦方程119

3.1.1　从库仑定理到高斯定理119

3.1.2　磁通连续性原理121

3.1.3　法拉第电磁感应定理121

3.1.4　安培全电流定理123

3.1.5　积分与微分形式的麦克斯韦方程组125

3.2 时谐场的麦克斯韦方程组127

3.3 电流连续性原理130

3.4　物质的本构关系130

3.5　洛伦兹力135

3.5.1　洛伦兹力方程135

3.5.2　等离子体136

3.6　坡印廷定理137

3.7 电磁场的几个基本原理和定理142

3.7.1　叠加定理142

3.7.2　时变电磁场的唯一性定理143

3.7.3　镜像定理144

3.7.4　等效原理144

3.7.5　对偶定理145

3.7.6　互易定理147

本章要点150

习题3151

第4章　平面波153

4.1 波方程153

4.2　平面电磁波154

4.3　极化161

4.4　有耗介质中的平面波166

4.5 色散与群速172

4.6 电各向异性介质中的平面波174

4.6.1　各向异性介质中ε、μ的并矢表示174

4.6.2　电各向异性介质中的波方程及其平面波解176

4.6.3　寻常波与非寻常波178

4.7　磁化铁氧体中的平面波182

4.7.1　磁化铁氧体磁导率的张量表示182

4.7.2　波方程及其平面波解184

4.7.3　纵向传播的波与横向传播的波185

4.8 高斯光束的平面波展开188

4.9　平面波传播的传输线模型192

4.9.1 任何电磁波可分解为TE与TM两种模式电磁波的线性组合192

4.9.2　电磁波传播的传输线模型194

本章要点204

习题4205

第5章　波的反射与折射及多层介质中波的传播208

5.1　边界条件209

5.2　介质交界面的反射与折射214

5.2.1　介质交界面对TE波（或垂直极化波）的反射与折射215

5.2.2　介质交界面对TM波（或平行极化波）的反射与折射222

5.3 临界角与布儒斯特角227

5.3.1　临界角227

5.3.2　布儒斯特（Brewster）角230

5.4 吸收介质界面以及导体界面的反射232

5.4.1　吸收介质界面的反射232

5.4.2　导体界面的反射234

5.4.3　电离层的反射237

5.5 多层平板介质中波的传播239

5.5.1　单层介质系统的波动分析与射线分析239

5.5.2　多层平板介质系统中波的传播242

5.6 多层平板介质系统瞬态响应的传输线模型分析251

本章要点257

习题5258

第6章　波导262

6.1 概述262

6.1.1　波导的基本特征262

6.1.2　波导的特征参数264

6.2　矩形波导265

6.2.1　矩形波导的传输线模型266

6.2.2　模式函数与场分布266

6.2.3　色散特性273

6.2.4　特征阻抗与等效阻抗277

6.2.5　矩形波导管壁的电流279

6.2.6　矩形波导的损耗280

6.2.7　矩形波导的激励与耦合284

6.3 圆波导286

6.3.1 用纵向场量表示横向场量286

6.3.2　场分布与截止特性287

6.4 波导器件295

6.5　平板介质波导308

6.5.1　平板介质波导的横向谐振原理308

6.5.2　单层平板介质光波导311

6.5.3　条形介质光波导的近似分析——EDC法318

6.6　微带线与耦合微带线321

6.6.1　微带线321

6.6.2　耦合微带线326

6.7　光纤的射线分析345

6.8　光纤的波动分析349

6.8.1　分析模型、场分量表达式与特征方程349

6.8.2　线偏振模及其截止特性与场分布355

6.8.3　归一化参量与色散362

6.8.4　无源光器件364

本章要点368

习题6369

第7章　谐振器372

7.1 结构特点及其等效电路372

7.1.1　集总式谐振器与分布式谐振器372

7.1.2　分布式谐振器的等效电路373

7.1.3　谐振器结构类型374

7.2　谐振器的特征参数376

7.2.1　谐振频率ω0377

7.2.2 品质因数377

7.3　空腔谐振器380

7.3.1 传输线型空腔谐振器的色散关系380

7.3.2　矩形空腔谐振器的场分布382

7.3.3　微扰近似下品质因数的计算385

7.3.4　波长计387

7.4　微带谐振器388

7.5　介质谐振器390

7.6　开放式谐振器396

7.7　谐振器与传输线的耦合400

7.7.1　谐振器与传输线耦合的方式400

7.7.2　传输线与谐振器耦合的等效电路401

7.7.3　谐振器特征参数的测量403

本章要点408

习题7409

第8章　天线412

8.1 概述412

8.2　标量和矢量位函数及其解418

8.3 电基本振子的辐射422

8.3.1　电基本振子422

8.3.2　电基本振子辐射的电磁场423

8.3.3　电基本振子的特性425

8.4　磁基本振子的辐射、电振子与磁振子的对偶性430

8.5 线天线433

8.5.1　短振子天线435

8.5.2　中心激励振子天线436

8.5.3　单极天线439

8.6 列阵天线442

8.7 口径天线450

8.8　微带天线456

8.9　瑞利散射459

8.10　传输方程与雷达方程462

8.10.1　传输方程462

8.10.2　雷达方程464

本章要点466

习题8467

第9章　周期结构470

9.1 周期结构的一般性质471

9.2　周期层状介质476

9.3 正弦变化的周期介质483

9.4　光纤光栅488

9.5 电磁带隙结构495

9.5.1　基片集成波导（SIW）495

9.5.2　基于微带线的电磁带隙结构499

9.6　人工负折射率介质502

本章要点512

习题9513

第10章　静态场515

10.1 静态场的支配方程515

10.2　静电位与静电场的求解521

10.3 电场中的介质、导体与电容531

10.3.1 电场中的介质531

10.3.2　电场中的导体与电容536

10.4 电场力与电场储能540

10.4.1　电场力540

10.4.2　电场储能542

10.5　恒定磁场545

10.6　磁场中的介质548

10.7 电感、磁场力与磁场能551

10.8 荷电粒子与场的相互作用558

本章要点563

习题10565

第11章　波导器件的等效网络分析568

11.1 波导器件的分类与等效网络表示568

11.1.1 按与系统连接端口数对器件进行分类568

11.1.2　N端口器件的网络表示及其能量关系569

11.2 N端口网络的矩阵表示571

11.2.1 阻抗矩阵Z与导纳矩阵Y571

11.2.2　散射矩阵S573

11.2.3　转移矩阵A和传输矩阵T578

11.3 无源、互易和无耗网络矩阵特性586

11.3.1　互易网络散射矩阵具有对称性，即Smk=Skm586

11.3.2　对于无源微波电路｜Smk｜≤1587

11.3.3　对于无耗网络S+S=1588

11.3.4　参考面移动时S参数的幅值不变589

11.4 波导器件的等效网络矩阵特性590

11.4.1　一端口器件与一端口网络590

11.4.2　二端口器件与二端口网络591

11.4.3　三端口器件与三端口网络594

11.4.4 四端口器件与四端口网络597

本章要点604

习题11604

第12章　波导及波导器件等效网络参数的数值模拟608

12.1 非对称周期金属栅及梳形慢波线608

12.1.1 非对称周期金属栅分析模型及其横向等效网络表示608

12.1.2　网络A对两边传输线特征量的变换609

12.1.3　z=0-平面输入阻抗矩阵与反射系数矩阵614

12.1.4　梳形慢波线的色散关系616

12.2 条形介质波导的模式匹配分析617

12.2.1　横向等效网络617

12.2.2　表示y方向场分布的模式函数？（y）619

12.2.3　x方向等效传输线模型622

12.2.4　内、外区域交界面的横向等效网络表示624

12.2.5　横向谐振与色散方程627

12.3　介质栅天线628

12.3.1　漏波辐射的基本原理628

12.3.2　分析模型与横向等效网络630

12.3.3　介质栅区场量及z方向的传输线模型631

12.3.4　介质栅与均匀介质交界面的等效网络表示634

12.3.5　介质栅天线的色散关系636

12.3.6　介质栅天线计算举例636

12.4　微带线的谱域分析637

12.4.1　分析模型及场量的积分方程表达式637

12.4.2　用传输线模型求谱域格林函数640

12.4.3　帕塞瓦尔定理646

12.4.4　伽略金法得出微带线问题的解646

12.5　介质谐振器的有限元分析651

12.5.1　有限元法简介651

12.5.2　圆柱形介质谐振器的有限元分析656

12.6 时域有限差分方法（FD-TD）的基本原理658

12.6.1　麦克斯韦方程的差分近似659

12.6.2　稳定性条件662

12.6.3　边界条件662

12.6.4　初始激励信号的选择665

12.6.5 FD-TD法数值解步骤666

12.6.6　FD-TD法应用举例668

12.7　谐振法数值模拟波导器件的网络参数671

12.7.1　谐振法模拟二端口网络A参数671

12.7.2　谐振法模拟N端口网络S参数674

本章要点676

习题12677

附录678

附录1 坐标与算符？678

附录2 矢量运算恒等关系678

附录3 贝塞尔函数与三角函数、指数函数679

附录4　材料常数680

参考文献683