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第一篇 电磁场与电磁波 2

第1章矢量分析 2

1.1三种常用的坐标系 2

1.1.1坐标系的构成 2

1.1.2三种坐标系坐标变量之间的关系 4

1.1.3三种坐标系坐标单位矢量之间的关系 5

1.2矢量函数的微积分 8

1.2.1矢量函数的导数 8

1.2.2矢量函数的积分 10

1.3标量函数的梯度 10

1.3.1方向导数 10

1.3.2梯度 12

1.4矢量函数的散度 15

1.4.1通量 15

1.4.2散度 16

1.4.3高斯（Gauss）散度定理 17

1.5矢量函数的旋度 19

1.5.1环量 19

1.5.2旋度 20

1.5.3斯托克斯（Stokes）定理 22

1.6场函数的微分算子和恒等式 23

1.6.1哈密顿一阶微分算子及恒等式 23

1.6.2二阶微分算子及恒等式 25

习题 26

第2章 电磁场基本方程 29

2.1麦克斯韦方程组 29

2.1.1麦克斯韦方程组的积分形式 29

2.1.2麦克斯韦方程组的微分形式 30

2.1.3本构关系 31

2.2电磁场的边界条件 33

2.2.1 E的切向边界条件 33

2.2.2 H的切向边界条件 33

2.2.3 D和B的法向边界条件 34

2.3时谐电磁场的复数表示 35

2.4坡印廷定理 36

2.5电磁场的位函数 38

2.5.1位函数的定义 38

2.5.2达朗伯方程 39

2.5.3滞后位 40

习题 41

第3章 平面电磁波 45

3.1理想介质中的均匀平面波 45

3.1.1波动方程的解 45

3.1.2均匀平面波的传播特性 47

3.2均匀平面波的极化 49

3.2.1均匀平面波的三种极化形式 49

3.2.2均匀平面波的合成分解及应用 51

3.3损耗媒质中的均匀平面波 52

3.3.1损耗媒质中的平面波场解 52

3.3.2传播常数和波阻抗的意义 53

3.3.3良导电媒质中的平面波 55

3.4均匀平面波对平面边界的垂直入射 59

3.4.1对理想导体的垂直入射 59

3.4.2对理想介质的垂直入射 61

3.5均匀平面波对平面边界的斜入射 64

3.5.1沿任意方向传播的平面波 64

3.5.2平面波对理想介质的斜入射 65

3.5.3平面波对理想导体的斜入射 68

3.5.4全反射 70

习题 71

第二篇 微波技术基础 76

第4章 传输线理论 76

4.1引言 76

4.2分布参数 77

4.3传输线方程及其解 78

4.3.1传输线方程 78

4.3.2传输线方程的通解与物理意义 78

4.4无耗传输线的传输特性 80

4.5端接负载的均匀无耗传输线 82

4.5.1波的反射现象 82

4.5.2传输线的三种工作状态 85

4.6圆图及其应用 90

4.6.1圆图绘制原理 90

4.6.2阻抗圆图的特点 91

4.6.3导纳圆图 92

4.6.4圆图应用举例 94

4.7传输线阻抗匹配 96

4.7.1阻抗匹配的概念 96

4.7.2阻抗匹配法 97

习题 100

第5章 微波传输线 103

5.1引言 103

5.2 TE模和TM模传输线 103

5.2.1波导系统场解法 104

5.2.2矩形波导 105

5.2.3圆波导 116

5.3 TEM模传输线 122

5.3.1同轴线 122

5.3.2带状线 125

5.3.3微带线 127

习题 130

第6章 微波网络基础 132

6.1引言 132

6.2波导传输线与双线传输线的等效 132

6.2.1等效的基础与归一化条件 133

6.2.2等效特性阻抗 134

6.2.3归一化参量 136

6.3微波元件等效为微波网络的原理 137

6.4二端口微波网络参量 138

6.4.1阻抗参量[Z] 138

6.4.2导纳参量[Y] 140

6.4.3转移参量[A] 140

6.4.4散射参量[S] 141

6.4.5传输参量[T] 143

6.5基本电路单元的参量矩阵 145

6.6微波网络的工作特性参量 146

习题 148

第7章 微波元件 151

7.1引言 151

7.2简单元件 151

7.2.1终端器件与连接器件 151

7.2.2衰减器与移相器 155

7.2.3波导分支结构 157

7.3阻抗调配器和阻抗变换器 160

7.3.1微波电抗元件 161

7.3.2阻抗调配器 164

7.3.3 λ/4阻抗变换器 164

7.4定向耦合器与功率分配器 166

7.4.1定向耦合器技术指标 166

7.4.2波导双孔定向耦合器 167

7.4.3波导十字槽孔定向耦合器 168

7.4.4平行耦合线耦合器 169

7.4.5功率分配器 171

7.5微波谐振器 173

7.5.1矩形谐振腔 174

7.5.2圆柱形谐振腔 175

7.5.3同轴谐振腔 177

7.6微波滤波器 178

7.7微波铁氧体元件 181

7.7.1铁氧体对圆极化波的导磁率 181

7.7.2微波铁氧体元件 182

习题 186

第三篇 天线与电波传播 190

第8章 天线基础知识 190

8.1引言 190

8.2基本振子（Short Dipole）的辐射 190

8.2.1电基本振子的辐射 190

8.2.2磁基本振子的辐射 193

8.3发射天线的电参数（Basic Antenna Parameters） 195

8.3.1方向函数 195

8.3.2方向图（Fileld Pattern） 196

8.3.3方向图参数 197

8.3.4方向系数（Directivity） 197

8.3.5天线效率（Eifficiency） 199

8.3.6增益系数（Gain） 200

8.3.7天线的极化（Polarization） 201

8.3.8有效长度（Effective Length） 201

8.3.9输入阻抗与辐射阻抗（Input Resistance and Radiation Resistance） 202

8.3.10频带宽度（Bandwidth） 202

8.4互易定理与接收天线的电参数 203

8.4.1互易定理 203

8.4.2有效接收面积（Effective Aperture） 204

8.5对称振子（Symmetrical Center-Fed Dipole） 204

8.5.1电流分布 204

8.5.2对称振子的辐射场 205

8.5.3对称振子的输入阻抗 208

8.6天线阵（Arrays）的方向性 208

8.6.1二元阵（Two Element Arrays）的方向性 209

8.6.2均匀直线阵（Uniform Linear Arrays） 214

8.7对称振子阵的阻抗特性 221

8.7.1二元阵的阻抗 221

8.7.2直线阵的阻抗 225

8.8无限大理想导电反射面对天线电性能的影响 226

8.8.1天线的镜像 226

8.8.2无限大理想导电反射面对天线电性能影响的分析 227

习题 230

第9章 简单线天线 235

9.1引言 235

9.2水平对称天线 235

9.2.1双极天线 235

9.2.2笼形天线 242

9.2.3 V形对称振子 244

9.2.4电视发射天线 245

9.3直立天线 248

9.4引向天线 254

9.4.1引向天线的工作原理 254

9.4.2引向天线的电特性 259

9.4.3半波折合振子（Half-Wave Folded Dipole） 261

9.4.4平衡器（Balun）——对称天线的馈电 262

习题 265

第10章 宽频带天线 267

10.1引言 267

10.2行波单导线及菱形天线 267

10.2.1行波单导线 267

10.2.2菱形天线 269

10.3螺旋天线（Helical Antenna） 274

10.3.1圆极化波及其应用 274

10.3.2螺旋天线的工作原理 274

10.3.3螺旋天线的电参数估算 277

10.4非频变天线 277

10.4.1平面等角螺旋天线 278

10.4.2阿基米德螺旋天线 280

10.4.3对数周期天线（Log-Periodic Antenna，LPA） 281

习题 288

第11章 微带天线 290

11.1引言 290

11.2矩形微带天线（Rectangular-Patch Microstrip Antenna） 290

11.3双频微带天线（Duel-Band Microstrip Antenna） 293

习题 296

第12章 面天线 297

12.1引言 297

12.2等效原理（Field Equivalence Theorem）与惠更斯元的辐射 297

12.3平面口径（ Planar Aperture）的辐射 300

12.3.1一般计算公式 300

12.3.2同相平面口径的辐射 301

12.3.3相位偏移对口径辐射场的影响 304

12.4喇叭天线（Horn Antenna） 305

12.4.1矩形喇叭天线的口径场与方向图 306

12.4.2圆锥喇叭（Conical Horn） 310

12.5旋转抛物面天线 311

12.5.1几何特性与工作原理 311

12.5.2抛物面天线的口径场 313

12.5.3抛物面天线的辐射场 315

12.5.4抛物面天线的馈源（Feeds） 316

12.6卡塞格伦天线 317

习题 318

第13章 电波传播 320

13.1引言 320

13.1.1电磁波谱 320

13.1.2电波传播的主要方式 321

13.2自由空间电波传播 322

13.2.1自由空间传播损耗计算 322

13.2.2菲涅尔区概念 324

13.3地面波传播 327

13.3.1地球表面电特性 327

13.3.2波前倾斜现象 329

13.3.3地面波传播特性 330

13.3.4地面波场强的计算 331

13.4天波传播 332

13.4.1电离层概况 333

13.4.2无线电波在电离层中的传播 336

13.4.3短波天波传播 339

13.5视距传播 340

13.5.1地面对视距传播的影响 340

13.5.2对流层大气对视距传播的影响 346

习题 348

附录 351

附录1矢量恒等式 351

附录2常用导体材料的特性 353

附录3一些材料的介电常数和损耗角正切（10 GHz时） 354

附录4微带线常用导体材料的特性 554

参考文献 355