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第1章 基本概念 1

1.1 自由空间中的麦克斯韦方程组 1

1.1.1 空间频率 k 4

1.1.2 矢量分析与边界条件 8

习题 23

1.2 极化 24

专题1.2.A 斯托克斯(Stokes)参数和庞加莱(Poincare)极化球 28

习题 33

1.3 洛伦兹力定律 34

1.3.1 坡印廷(Poynting)定理和坡印廷矢量 38

1.3.2 动量守恒定理 40

习题 40

1.4 赫兹波 42

专题1.4.A 电场力线图 47

习题 51

1.5 介质中的波 53

1.5.1 波矢量 k 53

1.5.2 导电介质中的波 55

1.5.3 等离子体中的波 57

1.5.4 单轴介质中的波 60

习题 61

1.6 波的反射 63

习题 72

1.7 波导 74

1.7.1 平行板波导中的波 74

1.7.2 矩形波导中的波 79

1.7.3 矩形谐振腔 83

习题 85

1.8 本构关系 89

1.8.1 各向异性和双向异性介质 90

专题1.8.A 本构矩阵 92

习题 93

1.9 边界条件 95

专题1.9.A 边界条件的推导 95

专题1.9.B 移动边界的边界条件 96

习题 97

部分习题答案 98

第2章 传输线 104

2.1 传输线理论 104

2.1.1 波动方程和波动解 106

2.1.2 坡印廷定理 107

专题2.1.A 电路理论 108

习题 110

2.2 传输线上的瞬态过程 110

习题 119

2.3 正弦稳态传输线 120

2.3.1 传输线末端的反射 122

2.3.2 输入阻抗 123

2.3.3 广义反射系数 125

专题2.3.A 史密斯(Smith)圆图 126

专题2.3.B 周期加载传输线 132

习题 133

2.4 集总单元传输线 134

习题 145

2.5 传输线上的简正模式 147

2.5.1 简正模式和自然频率 147

2.5.2 初值问题 149

习题 153

2.6 传输线建模 155

2.6.1 天线辐射的建模 155

专题2.6.A 方向图相乘技术 158

2.6.2 反射和传输的建模 160

习题 165

部分习题答案 167

第3章 传播和导行 170

3.1 时谐场 170

3.1.1 时谐场的麦克斯韦方程 170

3.1.2 本构方程和色散介质 171

3.1.3 坡印廷功率矢量的时间平均 174

专题3.1.A 无损耗介质中的对称条件 175

习题 176

3.2 平面波解 178

3.2.1 相位和群速 179

3.2.2 有耗介质中的穿透深度 181

3.2.3 无耗介质中的凋落波 182

习题 183

3.3 介质中的电磁波和 kDB 坐标系 185

3.3.1 kDB 坐标系 185

3.3.2 kDB 坐标系中的麦克斯韦方程 187

3.3.3 单轴介质中的平面波 189

专题3.3.A 回旋介质中的平面波 193

专题3.3.B 双各向异性介质中的平面波 197

专题3.3.C 非线性介质中的平面波 198

习题 203

3.4.1 相位匹配 207

3.4 反射与透射 207

3.4.2 平面边界的反射和透射 210

3.4.3 分层介质的反射和透射 216

习题 223

3.5 导行 229

3.5.1 导体平行板的导行 229

3.5.2 介质片波导中的导行波 240

3.5.3 分层介质中的导行波 243

3.5.4 矩形柱波导 251

3.5.5 圆柱波导 254

习题 265

3.6 谐振 269

3.6.1 矩形腔谐振器 269

3.6.2 圆形腔谐振器 271

3.6.3 球形腔谐振器 272

专题3.6.A 腔的拢动 274

习题 276

部分习题答案 277

第4章 辐射 283

4.1 Cerenkov 辐射 283

4.2 格林函数 286

4.2.1 并矢格林函数 286

4.2.2 辐射场的近似 289

习题 292

4.3 赫兹偶极子 292

4.3.1 赫兹电偶极子 292

4.3.2 赫兹磁偶极子和小环路天线 295

习题 297

4.4.1 具有顺序相移的均匀阵列天线 298

4.4 偶极子线阵 298

4.4.2 非均匀电流激励的阵列天线 303

4.4.3 Dolph-Chebyshev 阵列 305

4.4.4 阵列方向图的综合 310

习题 315

4.5 线天线 317

习题 321

4.6 双锥天线 322

4.6.1 建模和波动方程解 322

4.6.2 空气区域和偶极子场的解 324

4.6.3 天线区域中的解 325

4.6.4 传输线模型 327

4.6.5 双锥天线问题的正解 330

习题 332

4.7 分层介质中的振子天线 333

4.7.1 积分方程法 333

4.7.2 回路积分法 339

专题4.7.A 双层介质上的振子天线 353

习题 364

部分习题答案 368

第5章 关于波和介质的定理 375

5.1 等效原理 375

5.1.1 电偶极子和磁偶极子 375

5.1.2 镜像源 375

5.1.3 面电流和面磁流 377

5.1.4 外加的和感应的面电流 378

专题5.1.A 惟一性定理 383

专题5.1.B 对偶性和互补性 384

专题5.1.C 惠更斯原理的数学公式 389

专题5.1.D 菲涅耳(Fresnel)和夫琅禾费(Fraunhofer)绕射 395

习题 402

5.2 反作用和互易性 406

5.2.1 反作用 406

5.2.2 互易性 407

5.2.3 互易性条件 410

5.2.4 修正的互易性定理 411

专题5.2.A 稳定公式和瑞利-里兹(Rayleigh-Ritz)过程 412

专题5.2.B 矩量法 416

习题 417

5.3 准静态场的极限 418

习题 421

5.4 几何光学极限 421

习题 433

专题5.5.A 高斯波束 434

5.5 近轴极限 434

习题 438

5.6 电磁波的量子化 439

5.6.1 测不准原理 439

5.6.2 零化算子和建立算子 441

5.6.3 双各向异性介质中波的量子化 446

习题 448

部分习题答案 450

第6章 散射 452

6.1 球形粒子的散射 452

6.1.1 瑞利(Rayleigh)散射 452

6.1.2 米氏(Mie)散射 454

习题 456

6.2.1 精确解 457

6.2 导体柱的散射 457

6.2.2 维特森(Watson)变换 458

6.2.3 爬行波 459

习题 460

6.3 周期性粗糙表面的散射 462

6.3.1 周期波纹状导体表面的散射 462

6.3.2 周期介质表面的散射 465

习题 470

6.4 随机粗糙表面的散射 470

6.4.1 基尔霍夫(Kirchhoff)近似 472

6.4.2 几何光学解 477

6.4.3 小扰动方法 479

习题 484

6.5 周期介质的散射 485

6.5.1 一阶耦合模式方程 486

6.5.2 周期结构板产生的反射和透射 487

6.5.3 高斯波束的远场绕射 490

6.6 随机介质的散射 491

6.6.1 分层介质的并矢格林函数 492

6.6.2 半空间随机介质的散射 495

习题 497

6.7 体散射介质的有效介电常数 497

6.7.1 随机离散散射粒子 499

6.7.2 连续随机介质的有效介电常数 502

习题 505

部分习题答案 507

第7章 电磁波理论与狭义相对论 511

7.1 麦克斯韦-闵可夫斯基(Maxwell-Minkowski)理论 511

专题7.1.C 朱(Chu)的表述 512

专题7.1.B 博菲(Boffi)表述 512

专题7.1.A 安培表述 512

7.2 洛伦兹变换 513

专题7.2.A 电磁场变换的推导 516

专题7.2.B 洛伦兹不变量 519

专题7.2.C 电磁场分类 520

专题7.2.D 频率和波矢量的变换 521

专题7.2.E 像差效应 522

专题7.2.F 多普勒效应 522

习题 523

7.3 运动介质中的波 527

7.3.1 本构关系变换 527

专题7.3.A 运动单轴介质中的平面波 532

专题7.3.B 运动边界的相匹配 535

专题7.3.C 作用于运动电介质半空间的力 536

专题7.3.D 运动电介质板内的导波 538

专题7.3.E 运动回旋介质中的导波 539

习题 541

7.4 张量形式的麦克斯韦方程组 542

专题7.4.A 逆变和协变矢量 543

专题7.4.B 场张量和激励张量 547

专题7.4.C 张量形式的本构关系 548

习题 548

7.5 哈密顿(Hamilton)原理和诺特(Noether)定理 549

7.5.1 动态积分 549

7.5.2 哈密顿原理和麦克斯韦方程组 549

7.5.3 诺特定理和能量动量张量 550

部分习题答案 552

参考文献 555